Carbon nanomaterials as counter electrodes for dye solar cells

Väriaineaurinkokenno on lupaava uusi teknologia auringonvalon energian muuntamiseen sähköenergiaksi. Väriainekenno voidaan valmistaa pääosin melko edullisista materiaaleista ja se sopii teolliseen rullalta rullalle -tuotantoon joustaville alustoille, mitä pidetään yhtenä mahdollisuutena edulliseen ja laajamittaiseen teolliseen aurinkokennotuotantoon. Väriainekennon kallein komponentti on läpinäkyvällä johtavalla pinnoituksella päällystetty lasialusta, ja merkittäviä kustannussäästöjä voidaan saavuttaa vaihtamalla lasi muovialustaan. Muovialustat ovat erittäin taipuisia, kevyitä ja läpinäkyviä. Kennon standardikatalyytti on termisesti pinnoittamalla tai sputteroimalla valmistettu platinakalvo, mutta platina on harvinainen ja arvokas metalli. Hiiltä taas on runsaasti saatavilla ja jotkut sen nanomateriaalit johtavat sähköä ja ovat katalyyttisiä kennon vastalektrodin pelkistysreaktiolle. Tässä työssä tutkittiin hiilinanomateriaaleja ja niiden komposiitteja väriaineaurinkokennon vastaelektrodin aktiivisena materiaalina: satunnaisesti järjestäytyneistä yksiseinäisistä hiilinanoputkista koostuvaa kalvoa lasilla ja muovilla, vertikaalisesti järjestäytyneistä moniseinäisistä hiilinanoputkista koostuvaa kalvoa kvartsilla ja teräksellä ja hiilinanopartikkelikomposiittikalvoa indium-tinaoksidi-muovilla (ITO-muovi). Vertailun jälkeen satunnaisesti järjestäytyneistä yksiseinäisistä hiilinanoputkista koostuva kalvo muovilla valittiin päätutkimuskohteeksi, koska se oli kalvotyypeistä parhaiten sähköä johtava, läpinäkyvin ja taipuisin. Lisäksi se oli ohuin ja sisälsi vain yhden aktiivisen materiaalin komponentin. 30 % läpinäkyvä satunnaisesti järjestäytynyt hiilinanoputkikalvo muovilla ei ollut tarpeeksi katalyyttinen eikä johtava täyden auringonvalon ulkosovelluksiin, mutta sisävalaistussovelluksiin sen ominaisuudet olivat riittävät. Kun 10 % läpinäkyvä hiilinanoputkikalvo muovilla pinnoitettiin johtavalla PEDOT-polymeerillä ja kalvoa testattiin kennossa, kennon hyötysuhteeksi saatiin suunnilleen sama kuin vertailukennon, jossa oli vastaelektrodina sputteroitu platinakatalyytti ITO-muovilla. PEDOT-hiilinanoputki-kalvolla oli myös parempi katalyyttinen suorituskyky kuin tutkituilla platinakalvoilla. Tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta, että hiilinanoputkikalvot ja -komposiittikalvot muovilla ovat toteuttamiskelpoisia vaihtoehtoisia materiaaleja taipuisille väriainekennovastaelektrodeille.