Los conjuntos de nanotubos de carbono de pared simple alineados verticalmente (VASWCNT) cultivados en la Universidad de Rice son clave para fabricar células solares sensibilizadas con colorante mejores y más baratas. una alternativa a las células solares de silicio más caras. Las matrices se transfieren a vidrio conductor, coronado con un segundo electrodo de óxido de titanio y rodeado por un electrolito libre de yodo desarrollado en la Universidad de Tsinghua. Crédito:Lou Lab / Rice University
Los bosques de nanotubos de carbono son una alternativa eficiente para los electrodos de platino en células solares sensibilizadas por colorante (DSC), según una nueva investigación realizada por colaboradores de la Universidad Rice y la Universidad Tsinghua.
Las matrices de nanotubos de pared simple, cultivado en un proceso inventado en Rice, son mucho más electroactivos y potencialmente más baratos que el platino, un catalizador común en DSC, dijo Jun Lou, científico de materiales en Rice. En combinación con electrolitos de sulfuro recientemente desarrollados sintetizados en Tsinghua, podrían conducir a células solares más eficientes y robustas a una fracción del costo actual de las células solares tradicionales basadas en silicio.
Lou y el co-investigador principal Hong Lin, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Tsinghua, detalló su trabajo en línea, acceso abierto Naturaleza diario Informes científicos esta semana.
Los DSC son más fáciles de fabricar que las células fotovoltaicas de estado sólido a base de silicio, pero no son tan eficientes. dijo Lou, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales. "Los DSC se sensibilizan con tintes, idealmente tintes orgánicos como los jugos de bayas, que algunos estudiantes han usado en demostraciones ".
Los tintes absorben fotones de la luz solar y generan una carga en forma de electrones, que son capturados primero por una capa de óxido de titanio semiconductora depositada en un colector de corriente antes de fluir de regreso al contraelectrodo a través de otro colector de corriente. Se ha avanzado en la fabricación de DSC que incorporan un electrolito a base de yodo, pero el yodo tiende a corroer los colectores de corriente metálicos, que "plantea un desafío para su confiabilidad a largo plazo, "Dijo Lou.
Una celda solar sensibilizada con colorante desarrollada en la Universidad de Rice y la Universidad de Tsinghua reemplaza el platino con nanotubos de carbono y electrolito de yodo con un electrolito a base de sulfuro. Los investigadores esperan hacer que las células solares sensibilizadas con colorante sean mejores y más baratas. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
El electrolito de yodo también tiene la desafortunada tendencia a absorber luz en las longitudes de onda visibles, "lo que significa que se podrían utilizar menos fotones, "Dijo Lou.
Entonces, los investigadores de Tsinghua decidieron probar un electrolito a base de sulfuro que absorbe poca luz visible y funciona bien con las alfombras de nanotubos de carbono de pared simple creadas en el laboratorio Rice de Robert Hauge, coautor del artículo y distinguido miembro de la facultad de química en el Instituto Richard E. Smalley de Ciencia y Tecnología a Nanoescala de Rice.
"Estos son materiales muy versátiles, ", Dijo Lou." Los nanotubos de carbono de pared simple han existido en Rice durante mucho tiempo, y la gente ha encontrado muchas formas diferentes de usarlos. Esta es otra forma que resulta estar muy bien adaptada a un electrolito a base de sulfuro en la tecnología DSC ".
Tanto Rice como Tsinghua construyeron células solares en funcionamiento, con resultados similares. Pudieron lograr una eficiencia de conversión de energía del 5,25 por ciento, inferior al récord de DSC del 11 por ciento con electrolitos de yodo y un electrodo de platino. pero significativamente más alto que una prueba de control que combinó el nuevo electrolito con un contraelectrodo de platino tradicional. La resistencia entre el nuevo electrolito y el contraelectrodo es "la más baja que jamás hayamos visto, "Dijo Lou.
Hay mucho trabajo por hacer sin embargo. "El colector de nanotubos de carbono a corriente todavía tiene una resistencia de contacto bastante grande, y los efectos de los defectos estructurales en los nanotubos de carbono sobre su correspondiente desempeño catalítico no se comprenden completamente, pero creemos que una vez que optimizamos todo, vamos a obtener una eficiencia decente y hacer que todo sea muy asequible, "Dijo Lou." La verdadera atracción es que será una alternativa de muy bajo costo a las células solares basadas en silicio ".
