Схематическое изображение процесса поглощения фотона и разделения образовавшихся зарядов в пучках одинаковых нанотрубок. (кликните картинку для увеличения)

22.12.2011 (10:01)
Просмотров: 3508
Рейтинг: 0.00
Голосов: 4

Теги:
нанотрубка, наноструктура, материал, энергия, свет, солнце, электричество,

Технология >> Нанотехнология

Связки практически идентичных углеродных нанотрубок-циллиндров обладают свойствами, которые могут пригодиться ученым при трансформации энергии солнечного света в электричество. По мнению исследователей из США, эти структуры могут существенно повысить эффективность преобразования энергии. Используя высокоскоростную спектроскопию, они показали, что нанотрубки не только генерируют пару носителей заряда при поглощении фотона, но и позволяют этим зарядам разойтись к электродам, не рекомбинируя. Сегодняшние тонкопленочные структуры, к сожалению, не могут выполнять обе функции одновременно, что приводит к существенному снижению эффективности преобразования.

Солнечная энергия когда-нибудь станет дешевле, если солнечные элементы можно будет построить на базе тонкопленочных фотоэлектрических компонент. Тонкопленочные компоненты гораздо дешевле в производстве, они легкие и более гибкие, чем традиционные полупроводниковые материалы, используемые для создания солнечных батарей. Однако на данный момент тонкопленочные системы гораздо менее эффективны. Они генерируют электрическую энергию, поглощая фотон и создавая экситон – пару носителей заряда, электрон и дырку. Чтобы создать электрический ток, электрон и дырка должны быть пространственно разнесены, прежде чем они рекомбинируют и снова будут поглощены материалом. Быстрая рекомбинация электронов и дырок – это основная причина неэффективности существующих солнечных батарей.

Чтобы решить эту проблему ученые искали материал, который мог бы генерировать не только экситон, но и отдельные свободные носители тока. Решая эту задачу, команда исследователей из Los Alamos National Laboratory (США) обратила внимание на пучки углеродных нанотрубок, собранные при помощи ультрацентрифуги (этот метод позволяет собирать в пучки почти идентичные нанотрубки одного диаметра). Среди различных вариантов ученые выбрали пучки с такими параметрами, которые обеспечивают хорошее поглощение света с длиной волны около 570 нм, идеально подходящие для солнечных лучей.

В рамках исследований, раз в несколько фемтосекунд они облучали короткой вспышкой света от лазерного источника два различных образца: со случайно расположенными нанотрубками и с нанотрубками в пучках. Для образцов обоих типов на спектре наблюдалось поглощение фотона с образованием экситона. Но, образец с нанотрубками в пучках имел еще один пик на спектральной характеристике, соответствующий образованию свободных носителей заряда.

Оказалось, что, хотя экситоны хорошо поглощаются в одиночных нанотрубках, в пучках наноструктур они проходят через границы трубок: таким образом происходит разделение зарядов. Важное значение для этого процесса, согласно данным ученых, имеет идентичность нанотрубок. Только в этом случае можно достичь высокого КПД.

К слову, в своей работе ученые также обнаружили, что пучки нанотрубок не разрушаются под действием ультафиолета, как другие органические тонкопленочные фотоэлектрические материалы. Это еще один фактор, имеющий значение для будущих применений тонкопленочных элементов для преобразования солнечной энергии.

Полный текст работы был опубликован в журнале Physical Review Letters. Команда надеется, что их работа станет еще одним шагом на пути к промышленному производству тонкопленочных солнечных элементов с высоким КПД. В данный момент ученые ужа работают над прототипом фотоэлектрического устройства на базе пучков нанотрубок. Хотя, до начала массового производства подобных устройств предстоит еще решить не мало задач.

	Читать @SciLibCom Твитнуть Нравится

Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:

Новость подготовлена по материалам ресурса physics.aps.org