Nano-ingenjörskonst förbättrar laddningstransport med löfte om effektivare framtida solceller

Solceller baserade på halvledande kompositmaterial av plast och kolnanorör spås bli nästa generations solceller. Fysiker vid Umeå universitet har upptäckt att man kan minska antalet kolnanorör i nanostrukturerna upp till 100 gånger med bibehållen exceptionell förmåga att transportera laddning i en enhet. Deras resultat publiceras som förstasidesnyhet i tidskriften Nanoscale.

Kolnanorör är mer och mer attraktiva att använda i solceller som ersättare till kisel. Nanorörkompositer i lösning kan appliceras, tryckas ut och forma tunna och flexibla solceller. Materialet är lätt att fördela ut över en stor yta och nanorören har en enastående elektrisk ledningsförmåga vilket gör att de effektivt kan separera och transportera den elektriska laddning som genereras från solenergin.

I våras kunde Dr. David Barbero tillsammans med sitt forskarteam vid Umeå universitet för första gången visa att om kolnanorör länkas ihop på ett kontrollerat sätt till komplexa nätverksbyggen i ett kompositmaterial med hjälp av nanoteknik, så kan man uppnå en betydligt högre prestanda än man tidigare kunnat. Det betyder att transporten av elektrisk laddning sker med en mycket liten förlust av energi.

Tidigare studier har rapporterat att det finns ett tröskelvärde för den mängd kolnanorör som är nödvändig för att kunna transportera elektrisk laddning i en enhet. Under detta värde sker ingen elektrisk ledning vilket gör enheten helt oanvändbar.

I den nya studien visar Umeåforskarna att detta tröskelvärde kan minskas mer än 100 gånger i en halvledande polymer om man arbetar enligt Barberos metod med kontrollerade nanotubsnätverk.

– Våra resultat är viktiga ur ett grundforskningsperspektiv men även av praktisk nytta. De halvledande renade kolnanorören, som är nödvändiga för högpresterande enheter, är ganska dyra och tidskrävande att framställa och vi menar att nu kan solcellstillverkning ske med ett mycket lägre antal kolnanorör och därigenom minskade materialkostnader, säger David Barbero.

De nya resultaten förväntas påskynda utvecklingen av nästa generation böjbara kolbaserade solceller, som är både mer effektiva i att alstra ström och mindre kostsamma att producera i jämförelse med dagens solceller.

Om kolnanorör:
Kolanorör är en cylinderformad form av grundämnet kol, skapat av ett hoprullat grafenlager. Nanorör är uppbyggd av sexkantiga strukturer som bildar ett rör i en nanometers storlek i diameter, tio tusen gånger tunnare än ett hårstrå. Nanorör är utmärkta elektriska ledare, och de absorberar solljus vilket gör att materialet kan revolutionera elektronikområdet.

Originalpublikation:
Boulanger N.,  Yu J., and Barbero D.R: SWNT nano-engineered networks strongly increase charge transport in P3HT. Nanoscale 2014. Issue 20 (6), 11633-11636. DOI: 10.1039/C4NR01542H

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/nr/c4nr01542h#!divAbstract

För mer information, kontakta gärna:
Dr. David Barbero, institutionen för fysik
E-post: david.barbero@physics.umu.se
Telefon: 070-210 77 05

Högupplöst porträttfoto 

Högupplöst bild på solcell baserad på halvledande kompositmaterial med kolnanorör