Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1.
Рисунок 2. На рисунке схематически изображены основные стадии синтезы "древоподобных" наноструктур.
Рисунок 3. Микрофотографии "нанолесов" ZnO, полученные методом СЭМ.
Рисунок 4. В таблице сведены основные физические характеристики солнечных батарей, на основе полученных "нанолесов" ZnO.

Солнечный "лес"

Ключевые слова:  оксид цинка, ячейка Гретцеля

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

30 января 2011

Как известно, в "классической" ячейке Гретцеля в качестве анода используется высокопористый нанокристаллический оксид титана (IV). Однако в последнее время все большую актуальность приобретает оксид цинка (II), поскольку считается, что благодаря большей подвижности электронов при его использовании возможно уменьшить потери при рекомбинации. Но несмотря на высказанные предположения о возможном повышении эффективности преобразования энергии, ученым пока не удалось приблизиться к эффективности солнечных батарей на основе TiO2 (5,8% против 11.2%). Но исследователи не унывают и продолжают совершенствовать структуру анода из ZnO, в частности за счет увеличения площади поверхности.

По этому пути пошел международный колектив исследователей, который предложил метод получения "древообразных" структур ZnO (рис.1). В отличие от существующих массивов наностержней ZnO (в которых благодаря одномерной структуре снижается вероятность рекомбинации), предложенная авторами статьи структура обладает гораздо более развитой поверхностью, и тем самым способна увеличить эффективность преобразования энергии по сравнению с существующими анодными материалами.

Ученые разделили процесс синтеза на две стадии - рост "стволов" (LG) и рост "веток" (BG) (рис.2). Для роста стволов авторы статьи приготовили затравки наноточек ZnO на подложке FTO (диоксид олова, допированный фтором). После этого подложка с затравками была погружена в раствор нитрата цинка, уротропина и политиленимина при температуре 65-95 0С на 3-7 часов. После этого излишки полимера были удалены промыванием в дистиллированной воде. Повторяя гидротермальный процесс несколько раз, можно получить "стволы" необходимой высоты. Однако, если после формирования "ствола" подвергнуть массив гидротермальной обработке в жестких условиях (3500С в течение 10 минут), снова добавить затравки наноточек ZnO и затем вновь подвергнуть массив гидротермальной обработке, то вместо роста "ствола" будет наблюдаться рост "веток". Комбинируя процессы роста "стволов" и "веток", ученым удалось получить "нанолеса" необходимой высоты и густоты (рис.3).

Авторы статьи сравнили физические характеристики различных полученных ими солнечных батареи (в качестве красителя используется комплекс рутения N719) на основе массивов, которые сведены в таблице (рис.4). Нетрудно заметить, что с ростом длины "стволов", а также с увеличением густоты "нанолеса" эффективность преобразования энергии, как и предполагалось, растет (в первом случае за счет уменьшения вероятности рекомбинации, а во втором за счет увеличения количества адсорбированного красителя). Хотя полученные величины все еще весьма далеки от приемлемых, тем не менее, в данной статье ученым удалось продемонтрировать пятикратный рост эффективности преобразования энергии при переходе от одномерных до "древовидных" структур ZnO, что может быть весьма полезным для дальнейших исследований.


Источник: Nano Letters



Комментарии
А это можно сделать на коленке?
Ой а 350оС получили "в обычной" печке?
Всё это такое маленькое, что в школе не сделаешь подобное - не на чем.
Юный максималист, 31 января 2011 00:09 
Ангелина, оксид цинка можно осадить в
щелочной среде и при небольших температурах.
У Вас в школе есть обычный оптический
микроскоп?
Тогда рекомендую вам начать с того, что
просто разглядывать кристаллики различных
солей и осадков, которые вы можете получить
по обычным реакциям, которые проходятся в
школе.
В каком-то смысле, у вас будет модель тех
нанокристалликов, которые вы видите на
красивых микрофотографиях электронной
микроскопии.
Альберт, Вы меня извините, пожалуйста, но
"секрет найден" уже давно и в некоторых
странах солнечные батареи уже на крышах
обычных домов висят.
А эта статья - переделка идеи, которую
активно пытались внедрить в 2005-2007 годах http://dx.do...3/1.2751588
Только результат всех этих ухищрений довольно
плачевный - площадь анода увеличивается
ненамного, а вот технологичность ячейки
просто ужасна.
Для оксида цинка сейчас нужно заниматься
скорее сенсибилизатором (красителем или
квантовыми точками), а пленку оставить либо
стандартную (из сферических наночастиц), либо
сделать очень ровный массив длинных и тонких
наностержней, либо (что сейчас считают
наиболее перспективным), сделать когерентное
наращивание одних нанокристаллов на других
(такие пленки в обзорах даже называют
пористыми монокристаллами).
Кому интересно, советую читать: http://onlin...88/suppinfo
и http://pubs....EE/b811536b
Юный максималист, 31 января 2011 01:05 
Да, я не пояснил, что сенсибилизация ZnO трудна
вследствие его меньшей химической стабильности
по отношению к кислотным группам красителей. У
диоксида титана стабильность намного выше. Но
его надо отжигать для нормального контакта
между наночастицами в пленке.
Трусов Л. А., 31 января 2011 01:26 
Тёма, статья всё-таки не о том, как улучшить солнечные батарейки, а про то, как растить пушистых нямочек
Юный максималист, 31 января 2011 01:49 
Так это уже делали http://pubs....1/jp805239k
А мой "монолог" был в ответ Альберту

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Гнездо с яйцами
Гнездо с яйцами

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.