Оксид цинка солнечные батареи

Оксид цинка вместо индий-оловянного оксида для телевизоров, смартфонов и солнечных батарей

Токопроводящее покрытие из оксида цинка на солнечной батарее

Дисплеи плоскопанельных телевизоров и смартфонов, а также обращённые к солнцу панели солнечных батарей нуждаются в материале, который не только проводит электричество, но и прозрачен для видимого света. Один из таких материалов, обычно используемых в электронной индустрии, — прозрачный электрический проводник ITO (индий-оловянный оксид). Но он очень дорог, и чем дальше, тем больший вклад в общую стоимость изделия он вносит (а ещё он вреден для окружающей среды).

Важным шагом впёред в этой области стала разработка учёными из Института материаловедения и инжиниринга A*STAR (Сингапур) методики низкотемпературного процесса получения недорогих тонких оптически прозрачных проводящих плёнок оксида цинка, подробно описанная в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Оксид цинка — дешёвый, широко распространённый материал, использующийся в косметике при производстве солнцезащитных кремов и детских присыпок. Как и ITO , он прозрачен для видимого света, но производство тонких проводящих плёнок в промышленном масштабе — задача несколько более сложная.

Так, для достижения желаемой проводимости необходимо допировать растущие плёнки оксида цинка небольшим количеством галлия. До сих пор получение допированных галлием плёнок оксида цинка ( GZO ) требовало высокотемпературных процессов, что негативно сказывалось не столько на цене продукта, сколько на его качестве, приводя к многочисленным трещинам.

Технология, предложенная сингапурцами, основана на использовании пульсирующего лазерного осаждения, протекающего при комнатной температуре. Для испарения атомов цинка и галлия внутри небольшого замкнутого пространства применяется интенсивный лазерный луч. Перешедшие в газовую фазу атомы движутся в направлении субстрата, также расположенного внутри стальной реакционной камеры.

Для обеспечения роста на субстрате плёнок желаемых оксидов (а не самих металлов) в камеру подаётся кислород. Вот так, последовательной вариацией состава исходных компонентов, скорости атомизации, давления кислорода в системе и температуры субстрата, и были найдены «идеальные» условия, обеспечивающие рост оптически прозрачных электропроводящих плёнок GZO .

Очевидно, что при равных оптической прозрачности и проводимости GZO -плёнки имеют нешуточный коммерческий потенциал, особенно для солнечных батарей большой площади, где применение дорогостоящего ITO обходится в копеечку (главное — чтобы можно было производить равномерные плёнки нужного размера). А вообще, ITO давно пора менять — у этого материала слишком много недостатков (помимо постоянно растущей цены и уменьшающихся запасов индия).

Источник

Новости: Энергоэффективность (рубрикатор)

Нанотрубки ZnO как основа солнечных батарей на красителях

28 сентября 2007

Высокая эффективность солнечных батарей на красителях обеспечивается за счёт малого коэффициента экстинкции и большой поверхностью фотоанода, которая может быть более чем 1000 раз больше поверхности плоского электрода. Такое сочетание свойств обеспечивает необходимое поглощение волн видимого и частично инфракрасного диапазонов. Финальная эффективность данного процесса — преобразования световой энергии в электрическую — определяется разностью скоростей рекомбинации и переноса заряда. Для того, чтобы снизить потери в эффективности, связанные с низкой скоростью переноса заряда, применяют различные окислительно-восстановительные процессы. К примеру, система йодид/трийодид применятся с диоксидом титана в прототипе таких солнечных батарей для предотвращения рекомбинации экситонов.

Один из методов состоит в том, что в матрицу анодированного оксида алюминия с помощью метода напыления атомарных слоёв вводят оксид цинка для получения ориентированных полупроводниковых нанотрубок. А затем в полученные мембраны вводят ( Bu₄ N)₂-[ Ru(4,4`-( COOH)-2,2`- bipyridine)₂( NCS)₂] (краситель B2). После этого собиралась батарея с электродом из платинированного фторсодержащего оксида олова.

В результате проведённых экспериментов было показано, что плотность фототока короткого замыкания для данных солнечных батарей может достигать 3,3 мА/см 2 , фотонапряжение разомкнутой цепи 739 мВ. Таким образом, полученная эффективность составляет 1,6%, что является приемлемым показателем для данного вида устройств.

Изобретение из класса
Дорого! Нетехнологично!! Недолговечно.

Ура, товарищи.
Краситель на солнышке выгорит. Смайстячить такое куда как посложнее чем простые фотоэлементы. В общем, по-моему — это нанопурген.

Ещё.
Неужели там действительно нужен «малый коэффициент экстинкции» ?

Ребята, а кто в этом нанопургене шарит?
а то чувствую я что мне этим заниматься придется..

кто что-нить знает — стучите 326118087 плиз..

Ну хоть бы 0.02 микронный бы взяли тогда что ли, всё ж 20 нм в 10 раз нанотехнологиченее чем 200нм[I]

хе, ватмановский 20нм щас только сверху кажеться 20 нм, внутри — 100-200 поры на самом деле

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Наногибриды сражаются с опасными бактериями в клетках человека. Активный гидродинамический плащ-невидимка. Кобальтсодержащие фуллереновые комплексы для водородных накопителей.

Взгляд в Наномир! В контакте!
Как увидеть атомы, молекулы и вирусы?
Как детально рассмотреть объекты живой природы масштаба НАНО?
Принцип действия и из чего состоит атомно силовой микроскоп.
Обо всем об это расскажет профессор МГУ имени М.В.Ломоносова, руководитель компании Центр перспективных технологий, автор более 200 работ по зондовой микроскопии – Яминский Игорь Владимирович.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые 3D пористые наноуглеродные материалы из панцирей морских крабов. Клапан без клапана: как идёт воздух в лёгких у птиц. Углеродные фуллертрубки: от полупроводников до металлов. Механическое напряжение и
поверхностное натяжение скирмионов.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 — «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 — 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID — 19.

Технонано

Технопредпринимательство — идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы — важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

Источник

Обычный крем от загара поможет в создании солнечных батарей

Вы знакомы с ним по белому пятнышку на носу или на спине. Но однажды белая мазь, защищающая вашу кожу от загара, возможно, начнет производить электричество на крыше вашего дома или автомобиля. Многие знают, что оксид цинка является ключевым ингредиентом в солнцезащитном креме и порошке для подгузника. Но он также выступает полупроводником, который можно использовать в новых типах солнечных элементов, оптических газовых сенсорах и ультрафиолетовых лазерах, а также в производстве газообразного водорода, который мог бы заменить нефть в качестве источника топлива для легковых и грузовых автомобилей.

«Основным преимуществом оксида цинка над другими полупроводниковыми материалами является то, что его много, он недорогой и его можно использовать для создания очень качественных устройств быстро и дешево», говорит Амир Хассанпур, физик из Университета Конкордия в Монреале. «Он может привести к дешевым устройствам с хорошей производительностью, которые не полагаются на редкие, постоянно недостающие материалы».

Вместе с коллегами Хассанпур разработал новый метод обработки оксида цинка для использования в полупроводниках. Их прорывной подход можно применить для производства более эффективных солнечных панелей и водородных топливных ячеек, среди прочего. Исследование было опубликовано в журнале Materials and Design.

На микроскопическом уровне оксид цинка представляет собой лес крошечных «деревьев» — наностержней — одномерных структур, которые обеспечивают путь транспортировки электричества. Чтобы хорошо работать в таких устройствах, как газовые датчики, наностержни должны располагаться определенным образом. Так расположить их всегда было дорогим и сложным процессом.

«Оксид цинка можно легко выращивать как лес случайно расположенных наностержней, диаметр каждого из которых в 100–1000 раз меньше человеческого волоса. Но очень трудно указать наностержням, как им расти», говорят ученые.

Ученые покрывали гладкую поверхность оксидом цинка и нагревали до 400 градусов Цельсия. Затем они покрывали первый слой полимером и использовали электронный луч для пробивки в нем отверстий. Затем помещали оксид цинка и узорную маску в бутылку цинковой соли и других химических веществ, растворенных в чистой воде. Затем нагревали раствор. Цинк и вода реагировали только внутри отверстий, поэтому наностержни образовались только в этих отверстиях. После удаления полимера остался лес наностержней.

Выращивая наностержни по определенной схеме, ученые могут создавать фотонные кристаллы — специальные структуры, улавливающие свет. Фотонные кристаллы можно использовать для создания более эффективных ультрафиолетовых лазеров или оптических газовых датчиков, которые могут менять цвет при наличии определенного газа.

Такой датчик может, например, обнаруживать опасные количества моноксида углерода. Или же его можно использовать для обнаружения следовых газов, которых быть не должно, например, этилена в хранилищах фруктов, поскольку присутствие этилена может привести к порче фруктов, говорит Хассанпур.

Наностержни из оксида цинка будут ценным активом для газовых датчиков, поскольку могут меняться предсказуемым образом при воздействии различных газов. Хотя такие датчики можно создавать из наностержней, не расположенных в определенной схеме, для создания более чувствительных устройств необходим тщательный контроль позиционирования наностержней.

Наностержни из оксида цинка могут быть использованы для создания более эффективных солнечных батарей и дешевых водородных топливных ячеек. Поскольку оксид цинка поглощает энергию из солнечного света, размещение наностержней в воде приводит к тому, что поглощенная энергия солнца разбивает связи между атомами кислорода и водорода в молекулах воды с образованием газообразного водорода.

Этот водород можно собрать и затем использовать как топливо, в идеале, чтобы заменить бензин или другое ископаемое топливо. Сохраняя водород, инженеры могли бы с легкостью передавать его в качестве топлива потребителю, например, водородного автомобиля.

Источник

Новости: Химия

Гибкие солнечные батареи на основе нанопроводов оксида цинка

02 сентября 2008

Гибкие солнечные батареи на основе красителей, созданные на пластиковой подложке – лёгкие, тонкие и удобные. Стоимость их производства невысока, и они могут принимать самые необычные формы. Всё это является определяющими критериями для применения в портативных устройствах. На сегодняшний день разработано множество технологий получения данного рода солнечных батарей, однако существует потребность в создании именно высокогибких устройств. Обычная технология производства заключается в нанесении тонкой плёнки пористого материала (например, TiO₂ или ZnO) с последующей пропиткой «губки» различными красителями: высокое содержание красителя обеспечивает более высокое значение КПД устройства. При этом конструкция остаётся жёсткой, а большие изгибы могут привести к трещинам, что снижает срок службы устройства и его эффективность.

Авторы работы, опубликованной в Applied Physics Letters, использовали низкотемпературный гидротермальный синтез для получения морфологии, подобной той, что представлена на рисунке 1b. На рисунке 2 представлены микрофотографии полученных нанопроводов оксида цинка. Был проведён ряд экспериментов по изгибу изготовленной солнечной батареи и измерению основных её параметров (рис.3); результаты свидетельствуют о том, что значительных изменений свойств не наблюдается даже после 2000 изгибов.

Далее учёные решили модифицировать поверхность нанопроводов оксида цинка, вследствие недостаточной эффективности полученного ранее устройства. Микрофотографии модифицированного материала для солнечной батареи и сравнения характеристик с материалом на основе не модифицированных нанопроводов представлены на рисунке 4. Применение наночастиц на поверхности нанопроводов позволило увеличить общую эффективность работы солнечной батареи более чем в 2 раза, при этом после изгибов вольтамперные характеристики устройства практически не изменились.

Учёные надеются, что развитие подобных подходов для создания солнечных батарей позволит создавать дешёвые и гибкие солнечные батареи, которые найдут своё применение в одежде, портативной технике и т.д.

Источник