Nano arbres pour cellules solaires à colorant

Chercheurs de l'Applied Nano Tech &Science Lab du Korea Advanced Institute of Science and Technology et du Laser Thermal Lab à l'UC Berkeley, aux États-Unis, se sont associés pour améliorer l'efficacité des cellules solaires à colorant.Cellules solaires à colorant À la fin des années 1960, il a été découvert que les colorants organiques illuminés peuvent générer de l'électricité au niveau des électrodes d'oxyde dans les cellules électrochimiques. Dans un effort pour comprendre et simuler les processus primaires de la photosynthèse, le phénomène a été étudié à l'Université de Californie à Berkeley avec de la chlorophylle extraite d'épinards (approche biomimétique ou bionique). Sur la base de telles expériences, la production d'énergie électrique via le principe des cellules solaires à colorant (DSSC) a été démontrée en 1972. La cellule solaire à colorant appartenant au groupe des cellules solaires à couche mince et s basée sur un semi-conducteur formé entre une photo- anode sensibilisée et un électrolyte, un système photo électrochimique. Les molécules de colorant incorporées sont de taille nanométrique, mais afin de capturer une quantité raisonnable de la lumière entrante, la couche de molécules de colorant doit être assez épaisse, beaucoup plus épaisse que les molécules elles-mêmes. Pour résoudre ce problème, un nanomatériau est utilisé comme échafaudage pour contenir un grand nombre de molécules de colorant dans une matrice 3D, augmentant le nombre de molécules pour toute surface cellulaire donnée.Caractéristiques Le DSSC a un certain nombre de caractéristiques intéressantes; il est simple à fabriquer en utilisant des techniques d'impression au rouleau conventionnelles, est semi-flexible et semi-transparent, ce qui offre une variété d'utilisations non applicables aux systèmes à base de verre, et la plupart des matériaux utilisés sont peu coûteux. Bien que son efficacité de conversion soit inférieure à celle des meilleures cellules à couche mince, en théorie son rapport prix/performances devrait être suffisamment bon pour leur permettre de rivaliser avec la production électrique à combustible fossile. À l'heure actuelle, les cellules sensibilisées au colorant peuvent atteindre environ 11 %, alors que la cellule au silicium traditionnelle normale dépasse les 15 %.Technique de branchement Dans la nature, les arbres ont des ramifications hiérarchiques multigénérationnelles pour maximiser la capture de la lumière du soleil. Inspirés par ce fait, les chercheurs ont développé une approche hydrothermale simple combinée à l'élimination des polymères et au dépôt de graines pour la synthèse de nanofils de ZnO (NW) qui ressemblaient à de minuscules arbres avec de longues branches pour développer des cellules solaires à colorant efficaces. Principe Les chercheurs affirment que la densité de courant de court-circuit et l'efficacité globale de conversion de la lumière sont presque quatre fois plus élevées que les cellules solaires à colorant fabriquées avec des NW ZnO ramifiés par rapport aux dispositifs basés sur des NW ZnO à croissance verticale. L'augmentation de l'efficacité est due à l'augmentation de la surface pour une charge de colorant et une récolte de lumière plus élevées et également à une recombinaison de charge réduite par conduction directe le long des branches de ZnO cristallin. Les structures hiérarchiques des nano-arbres seront également utiles pour les dispositifs de stockage d'énergie de grande capacité et de consommation d'énergie à haut rendement.