Нано-деревья из ZnO нанопроводников усиливают эффективность красительно-сенсибилизированных солнечных элементов

Исследователи из Лаборатории прикладных нанотехнологий и науки Корейского института науки и технологий и Лазерно-термической лаборатории UC Berkeley разработали нано-деревянную архитектуру, существенно улучшающую производительность красительно-сенсибилизированных солнечных элементов (DSSC).

Красительно-сенсибилизированные солнечные элементы

С конца 1960-х ученые открыли, что органические красители могут конвертировать свет в электричество при сопряжении с оксидными электродами. Этот принцип впервые был продемонстрирован в 1972 году с хлорофиллом, извлеченным из шпината, заложив фундамент для DSSC — тонкопленочных устройств, комбинирующих фотосенсибилизированный анод с электролитом.

В DSSC молекулы красителя обычно нанометровые, однако достаточно толстый слой красителя требуется для захвата достаточного света. Наноструктурные каркасы обеспечивают высокую площадь поверхности для загрузки красителя без компромисса по площади устройства.

Ключевые преимущества

DSSC можно фabриковать рулонной печатью, являются полугибкими и полупрозрачными, и полагаются на недорогие материалы. Хотя их эффективности конверсии (~11%) ниже обычных кремниевых ячеек (>15%), их благоприятное соотношение цена/производительность делает их конкурентоспособными с ископаемым топливом.

Гидротермальный синтез нано-деревьев

Вдохновляясь естественным разветвлением деревьев, команда применила гидротермальный метод с последующим удалением полимера и осадкой сидов для выращивания оксид-цинковых (ZnO) нанопроводников, напоминающих миниатюрные деревья с обширными ветвями.

Прирост производительности

Устройства, построенные с этими разветвленными ZnO нанопроводниками, демонстрируют плотность токзамыкания и общую эффективность свет-в-электричество конверсии почти в четыре раза выше, чем те, использующие вертикально выровненные ZnO нанопроводники. Улучшение происходит от увеличенной площади поверхности для загрузки красителя и усиленного светозахвата, а также сниженной рекомбинации зарядов благодаря прямой проводимости вдоль кристаллических ветвей.

Помимо солнечных элементов, иерархическая нано-деревянная архитектура перспективна для высокоемкого накопления энергии и эффективных энергопотребляющих устройств.