中国科学院傘下の河北物理科学研究所の研究チームは、太陽光発電材料のナノ構造を最適化することで太陽電池の効率を10％以上向上させる新たな方法を発表した。
本研究では、科学者らが二酸化チタン（TiO₂）ナノロッドの個々のサイズを変えずに、ナノロッド間の距離を調整する技術の開発に成功しました。これらの単結晶ナノロッドは、光吸収性と電気伝導性に優れていることが知られており、太陽電池、センサー、光触媒などに広く利用されています。
これまでの技術的な課題として、ナノロッドの密度を調整すると、高さと直径が同時に変化することが多く、デバイス性能に影響を与えることが挙げられます。この課題を克服するため、研究チームは前駆体フィルム形成中の加水分解段階を延長しました。この段階を延長することで、ゲル鎖が長くなり、アナターゼ粒子が小さくなりました。アナターゼフィルムを水熱処理すると、これらの粒子はその場でルチルに変換され、ナノロッド成長の種結晶として機能しました。
このようにして、研究チームはナノロッドの直径と高さを一定に保ちながら、分布密度を制御したTiO₂膜を作製しました。これらの膜を低温処理したCuInS₂太陽電池に組み込むことで、最大10.44%のエネルギー変換効率を達成しました。
動作メカニズムを説明するために、著者らは「体積-表面-密度モデル」を提唱し、ナノロッドの密度と光吸収能力、電流分離能力、キャリア回収能力との関係を分析しました。このモデルは、ナノピラー間の距離を調整することが光学特性に影響を与えるだけでなく、エネルギー損失の低減や電荷収集能力の向上にも役立ち、ひいてはデバイス全体の性能向上につながることを示しています。
この技術は、太陽電池への応用に加え、ナノ構造が性能に決定的な役割を果たすオプトエレクトロニクスや触媒分野にも大きな可能性を拓きます。この新技術は、構造形成プロセスを微視的レベルで制御することで、高価で複雑な製造技術を必要とせずに高性能材料の開発に大きく貢献します。
この研究は、太陽電池の改良のためのソリューションを提供するだけでなく、製造条件、微細構造形成プロセス、デバイス性能の最適化を結び付ける完全なシステムを提示しており、将来のクリーンエネルギー技術に大きく貢献するものです。
出典: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html
コメント (0)