L'energia solare è una delle forme più promettenti di energia rinnovabile, ma l'alto costo delle celle solari convenzionali ha finora limitato la sua popolarità. Per aumentare la competitività dell'energia solare, gli scienziati si sono rivolti allo sviluppo di celle solari sensibilizzate al colorante, celle solari che utilizzano coloranti organici a basso costo e nanoparticelle di biossido di titanio (TiO2) al posto di costosi semiconduttori ed elementi di terre rare per assorbire la luce solare. Zhaohong Huang dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e i suoi collaboratori hanno ora ridotto ulteriormente il costo delle celle solari sensibilizzate al colorante sostituendo l'ossido di indio e stagno (ITO), il materiale standard per gli elettrodi trasparenti, con nanotubi di carbonio.

Una tipica cella solare sensibile al colorante comprende uno strato poroso di nanoparticelle di TiO2 immerse in un colorante organico. Il colorante assorbe la luce solare e converte l'energia in elettricità, che fluisce nelle nanoparticelle di TiO2. Il lato rivolto verso il sole della cella solare è solitamente coperto da un elettrodo trasparente che allontana i portatori di carica dal TiO2 e fuori dalla cella solare. “Purtroppo, Gli elettrodi ITO sono fragili e si rompono facilmente, "dice Huang. "Sono anche costosi e potrebbero sostenere fino al 60% del costo totale della cella solare sensibilizzata al colorante".

Huang e il suo team hanno quindi sostituito l'elettrodo ITO con un sottile film di nanotubi di carbonio. I nanotubi di carbonio conducono elettricità e sono quasi trasparenti, flessibile e forte, che li rendono il materiale ideale per elettrodi trasparenti. L'unico inconveniente è che i portatori di carica fotogenerati nel nanotubo possono ricombinarsi con gli ioni nel colorante, che riduce l'efficienza di conversione di potenza della cella solare.

Per superare questo problema, Huang e il suo team hanno posizionato un film sottile di TiO2 tra il film sottile di nanotubi di carbonio e lo strato poroso. Hanno scoperto che le prestazioni delle celle solari sensibilizzate al colorante con film sottile di TiO2 erano significativamente migliori di quelle senza. Però, hanno anche scoperto che l'efficienza di conversione solare delle loro nuove celle solari sensibilizzate al colorante era solo dell'1,8%, che è inferiore a quello delle celle solari convenzionali che utilizzano elettrodi ITO. Ciò è dovuto alle maggiori resistenze elettriche e alla ridotta trasparenza ottica dei film di nanotubi di carbonio, che limita la quantità di luce solare che entra nella cella.

“Stiamo studiando diversi modi per migliorare la conduttività e la trasparenza dei film, "dice Huang. “Inoltre, stiamo progettando di sostituire l'elettrodo di platino inferiore con un film sottile di nanotubi di carbonio per ridurre ulteriormente il costo delle celle solari sensibilizzate al colorante”.

In caso di successo, i risultati potrebbero avere un grande impatto sul costo e sulla stabilità delle celle solari sensibilizzate al colorante.