(PhysOrg.com) -- Les nanotiges semi-conductrices en titane cultivées à la surface de fibres de carbone ressemblent plus à des poils sur une petite brosse à cheveux qu'à une cellule solaire, mais la nouvelle configuration pourrait présenter plusieurs avantages par rapport aux cellules solaires plates conventionnelles. Par exemple, les cellules flexibles en forme de tube peuvent capturer la lumière dans toutes les directions et ont même le potentiel d'être tissées dans des vêtements et du papier pour de nouvelles applications. Mais au stade actuel de développement, les chercheurs essaient de trouver un méthode peu coûteuse de fabrication de cellules solaires tubulaires de haute qualité.

Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology à Atlanta, Géorgie, et l'Université de Xiamen à Xiamen, Chine, ont récemment développé une nouvelle méthode pour préparer du dioxyde de titane uniforme (TiO 2 ) nanotiges sur fibres de carbone. La nouvelle méthode présente des avantages par rapport à la méthode sol-gel couramment utilisée, ce qui nécessite des températures élevées et peut provoquer des fissures dans les matériaux. La nouvelle étude est publiée dans un récent numéro du Journal de l'American Chemical Society .

« Ce travail démontre une méthode innovante pour cultiver du TiO en grappe 2 nanotiges sur des substrats flexibles qui peuvent être appliqués à des dispositifs flexibles pour la récupération et le stockage d'énergie, » a déclaré le coauteur Wenxi Guo du Georgia Institute of Technology et de l'Université de Xiamen PhysOrg.com .

La fabrication de cellules solaires tubulaires est un défi en raison des multiples étapes impliquées, qui incluent la transformation d'une feuille de Ti pur en TiO 2 nanotiges, enrober des fibres de carbone avec les nanotiges, et disposer uniformément les nanotiges sur les fibres. Comme l'expliquent les chercheurs, une solution idéale pour préparer le TiO 2 nanostructures sur les fibres de carbone est de les faire croître directement à la surface de la fibre. Ils l'ont fait ici en utilisant une méthode « dissoudre et croître » pour transformer le Ti en TiO monocristallin aligné verticalement. 2 nanotiges sur fibres de carbone.

Puis, dans le but d'améliorer encore les performances de l'appareil, les chercheurs ont utilisé une méthode « etch and grow » pour graver les nanotiges en réseaux de grappes rectangulaires à l'aide d'un traitement hydrothermal à l'acide chlorhydrique.

Après avoir assemblé les fibres de carbone recouvertes de nanotiges en tant que photoanodes dans des cellules solaires à colorant (DSSC) en forme de tube, les chercheurs ont testé expérimentalement les performances des cellules solaires. Les résultats ont montré que la configuration de nanotiges en grappe rectangulaire a atteint une efficacité de conversion d'énergie de 1,28%, contre 0,76 % pour la configuration non groupée. Les chercheurs attribuent la différence à la plus grande surface des nanotiges groupées, ce qui permet d'adsorber plus de molécules de colorant, résultant en plus d'excitations électroniques.

La grande surface donne aux cellules solaires en forme de tube la capacité de capter la lumière dans toutes les directions, ce qui pourrait les rendre attrayantes pour des applications sous un ensoleillement intensément forcé. Outre les cellules solaires, la méthode de culture du TiO 2 les nanofils sur fibres de carbone pourraient être étendus à la fabrication de photocatalyseurs et de batteries lithium-ion. Mais peut-être que l'application la plus unique serait de les tisser en tissus.

« À l'avenir, nous pouvons introduire des fibres de carbone ou d'autres matériaux de carbone comme contre-électrodes pour cette configuration, ", a déclaré Guo. « Dans ce cas, nous pouvons fabriquer des DSSC uniquement à base de matériaux carbonés et de TiO 2 qui sont prometteurs pour les applications de tissu et de papier. Nous pouvons également envisager de faire des travaux hybrides pour acquérir différentes sources d'énergie en fonction de cette configuration. »

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