鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年11月07日
淺談碳納米管電極降低太陽能電池成本
碳納米管森林可以有效替代鉑（platinum）電極，用于染料敏化太陽能電池（DSC：dye-sensitizedsolarcells），這項新的研究是萊斯大學（RiceUniversity）進行的。
這種單壁碳納米管陣列的培育工藝是萊斯大學發明的，具有更大的電活性，而且比鉑金更便宜，鉑是常見的催化劑，用于染料敏化太陽能電池，婁軍（JunLou）表示，他是萊斯大學的材料科學家。結合新開發的硫化電解質，他們可制成更有效率和更強大的太陽能電池，成本只有目前傳統硅基太陽能電池的一小部分。
與婁軍共同牽頭的研究人員是材料科學與工程教授林紅（HongLin），4月16日，他們詳細介紹了他們的研究，在線發表在網上開放閱讀的《自然》雜志《科學報告》（ScientificReports）上，題為《高電催化活性的垂直排列單壁碳納米管用于硫化物氧化還原梭子》（HighElectrocatalyticActivityofVerticallyAlignedSingle-WalledCarbonNanotubestowardsSulfideRedoxShuttles）。
染料敏化太陽能電池很容易制造，勝過硅基固態光伏電池，但效率不高，婁軍說，他是機械工程和材料科學的助理教授。“染料敏化太陽能電池的感光性來自染料，理想的有機染料就像漿果的果汁，實際上有些學生已經在演示中使用過。”
這些陣列是垂直排列的單壁碳納米管（VASWCNTs：verticallyalignedsingle-walledcarbonnanotubes），是萊斯大學培育的，這種碳納米管很關鍵，可制備更好、更便宜的染料敏化太陽能電池，替代更昂貴的硅太陽能電池。這些陣列要轉移到導電玻璃上，覆蓋上第二層鈦氧化物（titaniumoxide）電極，周圍放上新開發的無碘電解質。染料吸收陽光中的光子，產生電荷，形式上就是電子，這些電子首先要捕捉到鈦氧化物半導體層，這一層沉積在集電器上，然后流回相反電極，這要經過另一個集電器。進展已經取得，就是在制備染料敏化太陽能電池時，納入碘基電解質，但碘會腐蝕金屬集電器，“這就提出一個挑戰，會影響長期可靠性，”婁軍說。
碘電解質也有不足的方面，就是吸收的光只有可見光波長，“這意味著只可以利用較少的光子，”婁軍說。
因此，研究人員決定嘗試一種非腐蝕性的硫化物電解液，因為很少吸收可見光，而且可以很好地適應單壁碳納米管沉積層，這種沉積層是萊斯大學羅伯特?豪格（RobertHauge）實驗室開發的，豪格是論文的共同作者，也是杰出化學教職研究員，就職于萊斯大學理查德?E?斯莫利納米科學與技術研究所（RichardE.SmalleyInstituteforNanoscaleScienceandTechnology）。
“這些都是用途很廣的材料，”婁軍說。“單壁碳納米管在萊斯大學已經有很長一段時間，人們發現，它們有許多不同使用方式。這是另一種方式，確實可以很好地匹配硫化物電解質，用于染料敏化太陽能電池技術。”
萊斯大學開發的染料敏化太陽能電池，取代鉑金，采用碳納米管、碘電解質與硫化物電解質。研究人員希望，使染料敏化太陽能電池更好更便宜
萊斯大學制成可用的太陽能電池，具有類似的結果。它們可達到5.25％的功率轉換效率，低于染料敏化太陽能電池的紀錄，就是11％，這要采用碘電解質和鉑電極，但是，明顯高于對照試驗中結合采用的新電解質與傳統鉑反電極。婁軍說，新電解質和反電極之間的電阻是“我們見過的最低的”，婁軍說。
但是，還有很多工作要做。“碳納米管和集電器之間，仍然有相當大的接觸電阻，而且，從效果上看，結構上有缺陷的碳納米管，相應的催化性能還不完全清楚，但我們相信，一旦我們完成優化，就會取得理想的效率，使整個產品很實惠，”婁軍說。“真正吸引人的是，它成本非常低，可替代硅太陽能電池。”
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