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新加坡科学家利用纳米线造就可挠式太阳能电池

导读: 新加坡科学家最近利用氧化锌(ZnO)纳米线为电极,开发出制作在塑料基板上的可挠式染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSC)。此组件在高度挠曲下仍能保有其光伏特性,因此可应用于可挠及可携式的产品上。

    新加坡科学家最近利用氧化锌(ZnO)纳米线为电极,开发出制作在塑料基板上的可挠式染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSSC)。此组件在高度挠曲下仍能保有其光伏特性,因此可应用于可挠及可携式的产品上。

    DSSC的阳极一般是使用二氧化钛(TiO2)或氧化锌纳米颗粒制成的多孔性薄膜;然而,这些厚度达微米级的层膜在弯曲下,确容易产生脆裂。此外,为了获得良好的工作效能,纳米晶体必须经过高温烧结,这对软性塑料基板是一大致命伤。

    最近,新加坡科学与技术研究署(Agency for science, technology and research, ASTAR)的Chang-yun Jiang等人已成功地利用低温水热法(low-temperature hydrothermal method),在导电塑料基板上制作出数组式的氧化锌纳米线薄膜。他们发现纳米线之间的缝隙能有效地释放弯曲应力,因此基板在弯曲半径小至2 mm时仍不会脆裂。此外,在此基板上制作的可挠式DSSC在弯曲下仍保有原本的光伏特性。

    新加坡小组先在80~95°C的溶液中将氯化锌裂解,并于透明的ITO塑料导电基板上形成氧化锌纳米线薄膜,然后将基板浸泡于钌染料(ruthenium dye)中,以制作出工作电极。研究人员接着在另一塑料基板上,以电子束蒸镀上50 nm的铂薄膜,做为对电极(counter electrode)。最后将两电极基板结合,并留下50 μm的间隙,以备后续注入电解液。

    当太阳光经由透明的ITO照射电池时,染料会吸收光线并诱使电子激发,电子注入氧化锌,再经由纳米线转移到ITO电极上,随后又沿着外部导线到达铂电极,然后流进电解液中,形成电流回路。研究人员表示,上述制程成本低且可用来大量生产可挠式DSSC,未来将可望应用于可携式充电器、穿戴式发电衣、窗帘,甚至是能发电的人造树。

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