• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Grafeen värvitundlikes päikeseelementides

15.04.2010 by Stiina Kristal Leave a Comment

Grafeenile harjaste lisamine võib olla võti odavate päikeseelementide efektiivsuse suurendamiseks.

USA keemikud on välja töötanud uudse grafeenipõhise värvaine, mis käitub kui fotoelektronide allikas, muutes selle kasutuskõlblikuks värvitundlikes päikeseelementides(dye-sensitive solar cell ehk DSSC), odavaks alternatiiviks ränist elementidele.

Värvitundlikud päikeseelemendid kasutavad footonitest energia ammutamiseks valgustundlikke lahuseid titaaniumdioksiidiga kaetud alusetel. Valgus ergastab värvaines olevaid elektrone ning need kõrge energiaga elektronid toodavadki elektrit.

Molekulis asuvate elektronide tavapärase energiataseme ning selle taseme, kuhu nad ergastatult ‘hüppavad,’ vahet nimetatakse keelutsooniks. Energiat keelutsoonis mõõdetakse elektronvoltides(eV) ning tavaliste päikeseelementide jaoks on selle optimaalseks väärtuseks 1,4eV, selgitas Liang-shi Li Indiana Ülikoolist Bloomingtonis.

Selline energia on infrapunafootonitel ning sellise keelutsooniga molekul neelab footoneid sellisel energial ning kõrgemate energiate juures, st. molekul neelab elektri tootmiseks enamuse nähtavast valgusest.

,,Grafeeni kasutades oleme saavutanud just selle optimaalse väärtuse,” sõnas Li. Seda seetõttu, et grafeenipõhises värvaines on kerge elektronide keelutsooni reguleerida varieerides kasutatavate grafeeniosakeste suurust.

Ideaalse 1,4eV saavutamiseks peavad grafeenitükid värvaines olema umbes 2-nanomeetrise läbimõõduga. Siiani on olnud probleemiks fakt, et sellise suurusega tükid kipuvad omavahel kokku kleepuma, moodustades seeläbi lahustumatu grafiidi. Süsinik peab püsima lahustuva grafeeni kujul, et sellest üldse päikeseelementides kasu oleks ning moodustuks värvaine.

Harjastega pind

Li keidis koos kolleegidega, et kokkukleepumist saab ära hoida kinnitades iga grafeenitüki külge molekulaarsed harjakesed. Iga harjas sisaldab kolmest süsinikust ahelat, mis kinnitub kesksele fenüülrõngale, mis sidestub keemiliselt süsiniku aatomitega grafeenitüki äärtel. Vaba ruumi puudus grafeeni ümber surub need harjased pinnalt eemale, mis omakorda hoiab ära grafeentükkide omavahelise kokkukleepumise grafiidiks.

Kuigi fenüülrühmad on grafeeniga keemiliselt sidestatud, ei mõjuta need grafeeni keelutsooni suurust. Samuti ei takista need grafeenil lahustuda tavalises orgaanilises lahustis, näiteks tolueenis. Kui titaaniumdioksiidiga kaetud juhtiv plaat torgatakse lahusesse, kleepub grafeen titaaniumdioksiidi külge ja tekibki värvitundlik päikeseelement.

,,Siiani on meie parim grafeenipõhine element 2-protsendilise efektiivsusega, mis on kuuendik parimate DSSC-de efektiivsusest,” täpsustas Li.

Efektiivsuse suunas

Craig Grimes’il Pennsylvania Osariigi Ülikoolist on aga teine idee. Tema arvates on värvitundlike päikeseelementide jaoks pliisulfiidi nanoosakesed grafeenist palju paremad kandidaadid. Eksperimentaalsed pliisulfiid-päikeseelemendid on  praegu kaks korda efektiivsemad kui grafeenipõhised katsetused.

Üheks põhjuseks on asjaolu, et grafeen ei taha voolu kandmiseks hästi titaaniumdioksiidile kleepuda. Protsessi efektiivselt toimumiseks peab iga grafeentüki harjas omama karboksüülrühma, seletas Grimes.

Li nõustus sellega ning lisas, et karboksüülrühmade lisamine on vajalik järgmine samm. Tema arvates on see võimalik ning selle tulemusena saaks grafeen pliisulfiidist paremini hakkama. ,,Lisaks on plii keskkonnale ohtlik, süsinik aga mitte,” meenutas ta.

Allikas:

Artikkel lehel newscientist.com: http://www.newscientist.com/article/dn18778-carbon-flakes-brush-up-for-cheap-solar-cells.html

Lisaks:

Teadusartikkel:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl101060h

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Kahksikkiht grafeentransistoril parem vooluvõimendustegur
  2. Veelgi huvitavam grafeen
  3. Defektid võivad grafeensensoreid paremaks muuta
  4. Grafeenmullikestest läätsed
  5. Grafeeni abil saab vedelikest arseeni eraldada
  6. Mitmekihiline grafeen püsib jahedana
  7. Grafeentransistorid nanoseadmetes
  8. Grafeen: milleks on konarused kasulikud
  9. Uued teadmised grafeeni-metalli vastastikmõjudest
  10. Edusammud grafeeni masstootmise suunas

Filed Under: Rakenduslik teadus, Teadusuudised Tagged With: Grafeen&Grafaan

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2023 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in