Сенсибилизированные красителем солнечные элементы тонкие, гибкие, легкие в изготовлении и очень хорошо превращают солнечный свет в электричество. Однако ключевым ингредиентом является один из самых дорогих металлов на планете: платина. Хотя требуются лишь небольшие количества, по 1500 долларов за унцию, стоимость серебристого металла по-прежнему высока.
Юн Ханг Ху, профессор материаловедения и инженерии Чарльза и Кэролла МакАртур, разработал новый недорогой материал, который может заменить платину в солнечных элементах без снижения их эффективности: трехмерный графен.Обычный графен — это известная двумерная форма углерода толщиной всего в одну молекулу или около того. Ху и его команда изобрели новый подход к синтезу уникальной трехмерной версии с сотовой структурой.
Для этого они объединили оксид лития с оксидом углерода в химической реакции, в результате которой образуется карбонат лития (Li2CO3) и сотовый графен. Li2CO3 помогает формировать листы графена и изолирует их друг от друга, предотвращая образование садового графита. Кроме того, частицы Li2CO3 можно легко удалить с трехмерного графена с сотовой структурой с помощью кислоты.
Исследователи определили, что трехмерный сотовый графен обладает отличной проводимостью и высокой каталитической активностью, что повышает вероятность его использования для хранения и преобразования энергии. Поэтому они заменили платиновый противоэлектрод в сенсибилизированном красителем солнечном элементе на один из трехмерного сотового графена.
Затем они поместили солнечный элемент на солнечный свет и измерили его мощность.Ячейка с противоэлектродом из трехмерного графена преобразовывала 7,8% солнечной энергии в электричество, почти столько же, сколько обычный солнечный элемент, использующий дорогостоящую платину (8%).
По словам Ху, синтез трехмерного сотового графена не является ни дорогим, ни трудным, а превращение его в противоэлектрод не представляет особых проблем.Исследование финансировалось Фондом нефтяных исследований Американского химического общества (PRF-51799-ND10) и Национальным научным фондом (NSF-CBET-0931587).