Węglowe płatki pozwolą budować tanie i wydajne ogniwa słoneczne

Węglowe płatki pozwolą budować tanie i wydajne ogniwa słoneczne

Chemicy z USA opracowali innowacyjny barwnik oparty na płatkach grafenu, który działa jako źródło fotoelektronów, dzięki czemu może być wykorzystany do budowy ogniw słonecznych wrażliwych na barwę (dye-sensitized solar cell – DSSC). Ogniwa DSSC stanowią tanią alternatywę dla ogniw krzemowych, a grafenowy barwnik mógłby zwiększyć ich wydajność.

Ogniwa DSSC wykorzystują światłoczułe roztwory na powierzchni pokrytej dwutlenkiem tytanu, które absorbują energię fotonów. Światło padające na ogniwo wyzwala z barwników elektrony, a te generują energię elektryczną.

Różnica pomiędzy poziomem energii, na którym zwykle znajdują się elektrony atomu a poziomem, na który przeskakują po pobudzeniu to pasmo wzbronione. Jego energia mierzona jest w elektronwoltach (eV), a jak mówi Liang-shi Li z Indiana University w Bloomington, optymalna wartość dla ogniw słonecznych wynosi 1.4 eV. Aby otrzymać pasmo dokładnie o takiej energii, płatki grafenu w barwniku muszą mieć przekątną ok. 2 nanometrów.

Dotychczas problemem przy tworzeniu takich płatków grafenu był fakt, że mają one tendencję do zbijania się w większe cząstki, a do budowy ogniw DSSC węgiel musi zachować postać rozpuszczalnego grafenu, aby mógł powstał barwnik. Naukowcy dodali więc każdemu płatkowi molekularne „szczoteczki”. Każda z nich zawiera 3 „włoski” utworzone przez łańcuch atomów węgla, które spotykają się w środku pierścienia fenylowego, a ten z kolei chemicznie wiąże się z atomami węgla na krawędziach grafenowego płatka. Brak przestrzeni wokół grafenu powoduje odpychanie „włosków” od powierzchni płatka, co uniemożliwia poszczególnym z nich zbicie się w większe grupy.

Jak mówi Li, do tej pory udało się zbudować ogniwo DSSC o wydajności 2%, co stanowi 1/6 możliwości najlepszych ogniw tego typu. Naukowcy są jednak pewni, że postępy będą znaczące. Tymczasem na Pennsylvania State University trwają badania nad wykorzystaniem do budowy ogniw DSSC nanocząsteczek siarczkowych.

(bj)