Nanokompositer ökar effektiviteten hos nästa generation solceller

Kolnanorör är mer och mer attraktiva att använda i solceller som ersättare till kisel. Forskare vid Umeå universitet har upptäckt att kontrollerad placering av kolnanorör i nanostrukturer ger ett enormt lyft i elektronisk prestanda. Deras banbrytande resultat publiceras i den ansedda tidskriften Advanced Materials.

Kolnanorör är endimensionella nanocylindrar som är endast några få kolatomer tjocka. Dessa kolnanorör har mycket unika egenskaper. Till exempel har de mycket hög draghållfasthet och exceptionell elektrisk ledningsförmåga, vilket gör dem väldigt attraktiva för nästa generation av elektroniska enheter baserade på kompositmaterial av plast och kolnanorör.

Det finns ett ökande intresse av att använda välorganiserade strukturer (på nanometerskala) av kolbaserade material som komponenter i solceller. På grund av sina unika egenskaper förväntas kolnanorör förbättra prestandan hos befintliga solceller genom mer effektiv laddningstransport inuti enheten. Men, för att få högsta prestanda måste kolnanorören organiseras till välordnade nätverk. Tyvärr är de konventionella metoder som används i dag långt ifrån optimala i detta avseende, vilket resulterar i låg prestanda.

I en ny studie har en grupp fysiker och kemister vid Umeå universitet gått samman för att producera nanorörs-nätverk med nya egenskaper. För första gången kan forskarna visa att kolnanorör kan länkas ihop på ett kontrollerat sätt till komplexa nätverksbyggen på nanometernivå inuti ett plastmaterial.

– Vi har funnit att dessa nätverk har en exceptionell förmåga att transportera laddning, upp till 100 miljoner gånger högre än vad som tidigare uppmätts för nanorör i de slumpmässiga nätverk som produceras när man använder konventionella metoder, säger David Barbero, projektledare och universitetslekot på institutionen för fysik vid Umeå universitet.

Metoden möjliggör även framställning av högeffektiva nätverk med hjälp av en mycket liten mängd kolnanorör jämfört med konventionella metoder och därigenom kan man starkt minska materialkostnaderna för de elektroniska enheterna.

I en tidigare studie (Applied Physics Letters , Volume 103 , Issue 2 , 021.116 (2013)) har David Barberos forskargrupp visat att nätverk av kolnanorör kan produceras på tunna och böjbara genomskinliga elektroder som kan användas i böjbara solceller. 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.

Originalpublikation:
Nano-engineering of SWNT networks for enhanced charge transport at ultralow nanotube loading. D.R. Barbero , N. Boulanger, M. Ramstedt, kemiska institutionen , Umeå universitet, J. Yu, institutionen för fysik, Umeå Universitet. Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.201305718. http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291521-4095/earlyview

För mer information, kontakta gärna:
David Barbero, institutionen för fysik
Telefon: 070-210-7705
E-post: david.barbero@physics.umu.se

Högupplöst porträttfoto