Florestas de nanotubos de carbono são uma alternativa eficiente para eletrodos de platina em células solares sensibilizadas por corante (DSC), de acordo com uma nova pesquisa de colaboradores da Rice University e da Tsinghua University.

Os arranjos de nanotubos de parede única, cultivado em um processo inventado na Rice, são muito mais eletroativos e potencialmente mais baratos do que a platina, um catalisador comum em DSCs, disse Jun Lou, um cientista de materiais na Rice. Em combinação com eletrólitos de sulfeto recentemente desenvolvidos e sintetizados em Tsinghua, eles poderiam levar a células solares mais eficientes e robustas por uma fração do custo atual das células solares tradicionais à base de silício.

Lou e o co-investigador principal Hong Lin, professor de ciência de materiais e engenharia em Tsinghua, detalhou seu trabalho no online, acesso livre Natureza Diário Relatórios Científicos esta semana.

DSCs são mais fáceis de fabricar do que células fotovoltaicas de estado sólido à base de silício, mas não tão eficientes, disse Lou, professor assistente de engenharia mecânica e ciência dos materiais. "DSCs são sensibilizados com corantes, de preferência, corantes orgânicos, como sucos de frutas silvestres - que alguns alunos realmente usaram em demonstrações. "

Os corantes absorvem os fótons da luz solar e geram uma carga na forma de elétrons, que são capturados primeiro por uma camada de óxido de titânio semicondutor depositada em um coletor de corrente antes de fluir de volta para o contra-eletrodo através de outro coletor de corrente. Progresso foi feito na fabricação de DSCs que incorporam um eletrólito à base de iodo, mas o iodo tende a corroer os coletores de corrente metálica, que "representa um desafio para sua confiabilidade de longo prazo, "Lou disse.

Eletrólito de iodo também tem a tendência infeliz de absorver luz nos comprimentos de onda visíveis, "o que significa que menos fótons poderiam ser utilizados, "Lou disse.

Então, os pesquisadores de Tsinghua decidiram tentar um não corrosivo, eletrólito à base de sulfeto que absorve pouca luz visível e funciona bem com os tapetes de nanotubos de carbono de parede única criados no laboratório Rice de Robert Hauge, um co-autor do artigo e um distinto membro do corpo docente em química no Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology de Rice.

"São materiais muito versáteis, "Lou disse." Nanotubos de carbono de parede única existem há muito tempo em Rice, e as pessoas encontraram muitas maneiras diferentes de usá-los. Esta é outra maneira que se mostra muito bem combinada com um eletrólito à base de sulfeto na tecnologia DSC. "

Tanto Rice quanto Tsinghua construíram células solares funcionais, com resultados semelhantes. Eles foram capazes de alcançar uma eficiência de conversão de energia de 5,25 por cento - menor do que o registro DSC de 11 por cento com eletrólitos de iodo e um eletrodo de platina, mas significativamente mais alto do que um teste de controle que combinou o novo eletrólito com um contra-eletrodo de platina tradicional. A resistência entre o novo eletrólito e o contraeletrodo é "a mais baixa que já vimos, "Lou disse.

Há muito trabalho a ser feito, Contudo. "O coletor de nanotubo de carbono para a corrente ainda tem uma resistência de contato muito grande, e os efeitos de defeitos estruturais em nanotubos de carbono em seu desempenho catalítico correspondente não são totalmente compreendidos, mas acreditamos que, uma vez que otimizamos tudo, vamos ter uma eficiência decente e tornar tudo muito acessível, "Lou disse." A verdadeira atração é que será uma alternativa de custo muito baixo às células solares à base de silício. "