Des réseaux de nanotubes de carbone à paroi unique alignés verticalement (VASWCNT) cultivés à l'Université Rice sont essentiels pour fabriquer des cellules solaires à colorant de meilleure qualité et moins chères, une alternative aux cellules solaires au silicium plus chères. Les matrices sont transférées sur du verre conducteur, surmonté d'une seconde électrode d'oxyde de titane et entouré d'électrolyte sans iode développé à l'Université de Tsinghua. Crédit :Lou Lab/Rice University
Les forêts de nanotubes de carbone sont une alternative efficace aux électrodes de platine dans les cellules solaires à colorant (DSC), selon de nouvelles recherches menées par des collaborateurs de l'Université Rice et de l'Université Tsinghua.
Les réseaux de nanotubes monoparoi, cultivé selon un procédé inventé chez Rice, sont à la fois beaucoup plus électroactifs et potentiellement moins chers que le platine, un catalyseur commun dans les DSC, dit Jun Lou, un scientifique des matériaux chez Rice. En combinaison avec des électrolytes sulfurés nouvellement développés synthétisés à Tsinghua, ils pourraient conduire à des cellules solaires plus efficaces et plus robustes à une fraction du coût actuel des cellules solaires traditionnelles à base de silicium.
Lou et le co-enquêteur principal Hong Lin, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à Tsinghua, détaillé leur travail en ligne, accès libre La nature journal Rapports scientifiques cette semaine.
Les DSC sont plus faciles à fabriquer que les cellules photovoltaïques à semi-conducteurs à base de silicium mais pas aussi efficaces, dit Lou, professeur adjoint de génie mécanique et de science des matériaux. "Les DSC sont sensibilisés avec des colorants, idéalement des colorants organiques comme les jus de baies - que certains étudiants ont effectivement utilisés dans des démonstrations. »
Les colorants absorbent les photons de la lumière solaire et génèrent une charge sous forme d'électrons, qui sont d'abord capturés par une couche semi-conductrice d'oxyde de titane déposée sur un collecteur de courant avant de refluer vers la contre-électrode à travers un autre collecteur de courant. Des progrès ont été réalisés dans la fabrication de DSC intégrant un électrolyte à base d'iode, mais l'iode a tendance à corroder les collecteurs de courant métalliques, ce qui « pose un défi pour sa fiabilité à long terme, " dit Lou.
Une cellule solaire à colorant développée à l'Université Rice et à l'Université Tsinghua remplace le platine par des nanotubes de carbone et l'électrolyte d'iode par un électrolyte à base de sulfure. Les chercheurs espèrent rendre les cellules solaires sensibilisées aux colorants meilleures et moins chères. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
L'électrolyte d'iode a également la fâcheuse tendance à absorber la lumière dans les longueurs d'onde visibles, "ce qui signifie que moins de photons pourraient être utilisés, " dit Lou.
Les chercheurs de Tsinghua ont donc décidé d'essayer un produit non corrosif, électrolyte à base de sulfure qui absorbe peu de lumière visible et fonctionne bien avec les tapis de nanotubes de carbone à paroi simple créés dans le laboratoire Rice de Robert Hauge, un co-auteur de l'article et un membre distingué du corps professoral en chimie à l'Institut Richard E. Smalley de Rice pour la science et la technologie à l'échelle nanométrique.
"Ce sont des matériaux très polyvalents, " dit Lou. " Les nanotubes de carbone à paroi simple existent chez Rice depuis très longtemps, et les gens ont trouvé de nombreuses façons différentes de les utiliser. C'est un autre moyen qui s'avère très bien adapté à un électrolyte à base de sulfure dans la technologie DSC."
Rice et Tsinghua ont tous deux construit des cellules solaires fonctionnelles, avec des résultats similaires. Ils ont pu atteindre une efficacité de conversion de puissance de 5,25% – inférieure au record DSC de 11% avec des électrolytes à l'iode et une électrode en platine, mais significativement plus élevé qu'un test de contrôle qui combinait le nouvel électrolyte avec une contre-électrode traditionnelle en platine. La résistance entre le nouvel électrolyte et la contre-électrode est "la plus basse que nous ayons jamais vue, " dit Lou.
Il y a beaucoup de travail à faire, toutefois. "Le collecteur de nanotubes de carbone à courant a toujours une résistance de contact assez importante, et les effets des défauts structurels des nanotubes de carbone sur leurs performances catalytiques correspondantes ne sont pas entièrement compris, mais nous croyons qu'une fois que nous optimisons tout, nous allons obtenir une efficacité décente et rendre le tout très abordable, ", a déclaré Lou. "Le véritable attrait est qu'il s'agira d'une alternative à très faible coût aux cellules solaires à base de silicium."
