Le foreste di nanotubi di carbonio sono un'alternativa efficiente per gli elettrodi di platino nelle celle solari sensibilizzate con colorante (DSC), secondo una nuova ricerca dei collaboratori della Rice University e della Tsinghua University.

Gli array di nanotubi a parete singola, cresciuto in un processo inventato a Rice, sono entrambi molto più elettroattivi e potenzialmente più economici del platino, un catalizzatore comune nelle DSC, ha detto Jun Lou, uno scienziato dei materiali alla Rice. In combinazione con elettroliti solforati di nuova concezione sintetizzati a Tsinghua, potrebbero portare a celle solari più efficienti e robuste a una frazione del costo attuale per le celle solari tradizionali a base di silicio.

Lou e il co-investigatore Hong Lin, un professore di scienza e ingegneria dei materiali a Tsinghua, dettagliato il loro lavoro in linea, accesso libero Natura rivista Rapporti scientifici questa settimana.

I DSC sono più facili da produrre rispetto alle celle fotovoltaiche a stato solido a base di silicio ma non altrettanto efficienti, ha detto Lou, un assistente professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali. "I DSC sono sensibilizzati con coloranti, coloranti idealmente organici come i succhi di frutti di bosco, che alcuni studenti hanno effettivamente utilizzato nelle dimostrazioni".

I coloranti assorbono fotoni dalla luce solare e generano una carica sotto forma di elettroni, che vengono prima catturati da uno strato semiconduttore di ossido di titanio depositato su un collettore di corrente prima di rifluire al controelettrodo attraverso un altro collettore di corrente. Sono stati compiuti progressi nella produzione di DSC che incorporano un elettrolita a base di iodio, ma lo iodio tende a corrodere i collettori di corrente metallici, che "rappresenta una sfida per la sua affidabilità a lungo termine, " Ha detto Lu.

L'elettrolita di iodio ha anche la sfortunata tendenza ad assorbire la luce nelle lunghezze d'onda visibili, "il che significa che potrebbero essere utilizzati meno fotoni, " Ha detto Lu.

Così i ricercatori di Tsinghua hanno deciso di provare un non corrosivo, elettrolita a base di solfuro che assorbe poca luce visibile e funziona bene con i tappeti di nanotubi di carbonio a parete singola creati nel laboratorio Rice di Robert Hauge, un coautore dell'articolo e un illustre membro della facoltà di chimica presso il Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology di Rice.

"Sono materiali molto versatili, "Ha detto Lou. "I nanotubi di carbonio a parete singola sono in circolazione alla Rice da molto tempo, e le persone hanno trovato molti modi diversi per usarli. Questo è un altro modo che risulta essere molto ben abbinato a un elettrolita a base di solfuro nella tecnologia DSC".

Sia Rice che Tsinghua costruirono celle solari funzionanti, con risultati simili. Sono stati in grado di raggiungere un'efficienza di conversione di potenza del 5,25 percento, inferiore al record DSC dell'11 percento con elettroliti di iodio e un elettrodo di platino, ma significativamente superiore a un test di controllo che combinava il nuovo elettrolita con un controelettrodo di platino tradizionale. La resistenza tra il nuovo elettrolita e il controelettrodo è "la più bassa che abbiamo mai visto, " Ha detto Lu.

C'è molto lavoro da fare, però. "Il collettore da nanotubi di carbonio a corrente ha ancora una resistenza di contatto piuttosto grande, e gli effetti dei difetti strutturali nei nanotubi di carbonio sulle loro corrispondenti prestazioni catalitiche non sono completamente compresi, ma crediamo che una volta ottimizzato tutto, otterremo un'efficienza decente e renderemo il tutto molto conveniente, Lou ha detto. "La vera attrazione è che sarà un'alternativa a basso costo alle celle solari a base di silicio".