Päikeseenergia on üks paljutõotavamaid taastuvenergia liike, kuid tavapäraste päikesepatareide kõrge hind on seni piiranud nende populaarsust. Päikesepatareide konkurentsivõime tõstmiseks arendasid teadlased välja värviga tundlikuks muudetud päikesepatareid. Need kasutavad päikesevalguse neelamiseks madala hinnaga orgaanilisi värve ja titaanoksiidi (TiO2) nanoosakesi kalli pooljuhi ja haruldaste elementide asemel. Nüüd vähendas teadlane Zhaohong Huang koos kolleegidega värvi abil tundlikuks muudetud päikesepatareide hinda veelgi, asendades läbipaistvate elektroodide standardaine indium-tinaoksiidi (ITO) süsinikust nanotorudega.
Tüüpiline värviga tundlikuks muudetud päikesepatarei koosneb poorsest TiO2 nanoosakeste kihist, mis on kaetud orgaanilise värviga. Värv neelab päikesevalgust ja muudab selle energia elektriks, mis voolab TiO2 nanoosakestesse. Patarei päikesepoolne külg kaetakse tavaliselt läbipaistva elektroodiga, mis kannab voolukandjad TiO2-st eemale, päikesepatareist välja. „Kahjuks on ITO elektroodid haprad ja murenevad kergesti,“ sõnas Huang. „Lisaks on need kallid ja võivad katta kuni 60% värviga tundlikuks muudetud päikesepatarei hinnast,“ vahendab Physorg.com.
Süsinikust nanotorudest elektroodid. Süsinikust nanotorude kasutamine annab märkimisväärse eelise kulusäästlikkuses. Sellegipoolest kulusid varasemad süsinik-nanotorude eksemplarid (vasakul) keemiliste protsesside käigus (e – elektronid; I3 – ioonid vedelikus). Õhukese titaanoksiidist kaitsekihi kasutamine stabiliseerib nanotorusid (paremal) ning tõstab päikesepatareide suutlikkust. Pilt: 2011 AIP
Seega asendas Huang oma meeskonnaga ITO-elektroodi õhukese süsinikust nanotorude kilega. Süsinikust nanotorud juhivad elektrivoolu ja on peaaegu läbipaistvad, painduvad ja tugevad. Nende omaduste tõttu on süsinikust nanotorud ideaalseks materjaliks läbipaistvate elektroodide valmistamisel. Ainus puudus on aga see, et fotogenereeritud voolukandjad nanotorudes võivad värvis olevate ioonidega ümber kombineeruda. See vähendab päikesepatarei elektri muundamise tõhusust.
Selle probleemi ületamiseks asetas Huang oma meeskonnaga õhukese TiO2st kile kihi süsinik nanotorudest kile ja poorse kihi vahele . Nad avastasid, et värviga tundlikuks muudetud päikesepatareid, millele oli lisatud õhuke TiO2st kiht, olid märkimisväärselt parema suutlikkusega kui ilma TiO2 kihita patareid. Samas avastati ka seda, et uute värviga tundlikuks muudetud päikesepatareide päikeseenergia muundamise tõhususe väärtus oli vaid 1,8%, mis on madalam tavaliste ITO-elektroodidega päikesepatareide tõhususest. Seda tingis kõrgem elektriline takistus ja süsinikust nanotorudest kilede vähendatud optiline läbipaistvus, mis piirab patareisse siseneva päikesevalguse hulka.
„Me uurime nüüd erinevaid viise, kuidas parendada kilede elektrijuhtivust ja läbipaistvust,“ sõnas Huang. „Veelgi enam, meil on plaanis asendada alumine plaatinast elektrood õhukese süsinikust nanotorudest kilega, et veelgi vähendada värviga tundlikuks muudetud päikesepatareide hinda.“ Kui Huangil ja tema meeskonnal see õnnestub, võib nende teadustöö tulemusel olla suur mõju värviga tundlikuks muudetud päikesepatareide hinnale ja stabiilsusele.
Teadusartikkel: „Dye-sensitized solar cell with a titanium-oxide-modified carbon nanotube transparent electrode“
Leave a Reply