Projekt finansowany ze środków UE poszerza granice znajomości nanostruktury
Przełom ten dokonał się w końcowej fazie finansowanego ze środków UE projektu NanoCuI w dużej mierze dzięki przypadkowi. Podczas prac nad rozwojem nowych nanomateriałów wykorzystywanych w ogniwach słonecznych, zespół projektu sporządził roztwór wodny trzech łatwo dostępnych związków chemicznych i odkrył, że ma on właściwość osadzania jodku miedzi politypu 12R na specjalnym szkle przewodzącym. „Jak dotąd badania nad tą piątą postacią występowania jodku miedzi zostały opublikowane tylko raz, tak więc dla naukowca jest to bardzo ekscytująca sytuacja” – mówi koordynator projektu dr John Fielden z Uniwersytetu Wschodniej Anglii w Wielkiej Brytanii. „Jest nadzieja, że tak jak pozostałe postaci jodku miedzi, nowy materiał dobrze przewodzi prąd, a kształt wytworzonych nanostruktur wydaje się być właściwy do wykorzystania w ogniwach słonecznych uczulanych barwnikiem”. Jodek miedzi ma szeroki zakres zastosowań. Obecnie jest wykorzystywany w przemyśle tekstylnym do stabilizacji ciepła przy produkcji nylonu, przemyśle motoryzacyjnym do wytwarzania akcesoriów silników oraz w innych branżach, w których liczy się trwałość i ciężar. Związek ten może również być wykorzystywany do wykrywania rtęci. „Istnieje duże zainteresowanie jodkiem miedzi jako materiałem tworzącym cienkie warstwy” – dodaje Fielden. „Taki był punkt wyjścia dla naszego projektu”. Wydajniejsze ogniwa słoneczne Projekt NanoCuI miał za zadanie zbadać, czy elektrody pokryte jodkiem miedzi mogą umożliwić zwiększenie wydajności ogniw słonecznych uczulanych barwnikiem (ang. DSSC – dye-sensitized solar cells). Przełom w tym obszarze mógłby wpłynąć na całą branżę energii słonecznej, która musi utrzymywać konkurencyjność na globalnym rynku, na którym liczy się cena. „Większość komercyjnych ogniw słonecznych jest oparta na krzemie” – wyjaśnia Fielden. „Ich wydajność wynosi do 20%, a ceny są coraz bardziej atrakcyjne. Jednakże proces produkcji jest energochłonny, a maksymalną wydajność osiągają jedynie w przypadku intensywnego światła”. Przez ostatnich 20 lat wielu badaczy skupiało się na alternatywnych ogniwach słonecznych opartych na anodach wykorzystujących dwutlenek tytanu (popularny składnik farb) i molekularne barwniki pochłaniające światło. Są one tańsze i lepiej działają w słabszym oświetleniu, ale i tak ich maksymalna wydajność jest niższa niż w przypadku krzemu. Naukowcy są więc zainteresowani sprawdzeniem, czy nowe urządzenia solarne, zwane fotokatodami uczulanymi barwnikiem typu p (p-DSSC), mogą zostać połączone z tradycyjnymi anodami DSSC w celu osiągnięcia zwiększonej wydajności. „W założeniu powinny one umożliwić uzyskanie wyższego napięcia, a jeśli zostaną właściwie zaprojektowane, jeden barwnik powinien pochłaniać promieniowanie świetlne o mniejszej długości fali na anodzie, a drugi pozostałą część widma na katodzie” – mówi Fielden. „Pochłanianie większej ilości promieniowania świetlnego oznacza wzrost natężenia i napięcia prądu”. Jednakże urządzenia p-DSSC zawierają katody niklowe, które nie zapewniają dobrej wydajności ze względu na swoje niskie przewodnictwo. Fielden miał zamiar zastąpić tlenek niklu jodkiem miedzi, którego przewodnictwo jest około 100 razy wyższe. To właśnie podczas testów mających na celu opracowanie właściwego nanomateriału jodku miedzi odkrył metodę wytwarzania nanostrukturalnego jodku miedzi politypu 12R. Odkrycie naukowe Fieldenowi i jego zespołowi udało się skonstruować elektrody pokryte maleńkimi, połączonymi ze sobą cząsteczkami jodku miedzi, jednak byli rozczarowani ich wydajnością po przetestowaniu w ogniwach słonecznych. „W tej chwili nie wiemy, co może być tego przyczyną” – mówi. „Może to wynikać z samej nanostruktury materiału. W każdym razie spodziewam się, że wpływ tego projektu na badania materiałowe i nanotechnologiczne może być znacznie większy. Chociażby dlatego, że nikt dotychczas nie zbadał właściwości tego typu jodku miedzi”. Fielden jest przekonany, że projekty badawcze nie zapewniające konkretnych wyników, takie jak NANOCUI, mają szansę na realizację wyłącznie dzięki wsparciu finansowemu pochodzącemu np. z UE. „Te projekty naprawdę pozwalają na spróbowanie czegoś nowego” – mówi. „Ciągle czekają na nas nowe niespodzianki i odkrycia. Zdolność do opracowywania nowych produktów zależy od podejmowanego ryzyka, szczególnie w przypadku złożonych urządzeń, takich jak ogniwa słoneczne”.
Słowa kluczowe
NANOCUI, ogniwa słoneczne, nanomateriały, jodek miedzi, fotokatody, półprzewodniki typu p, tlenek niklu, elektryczność
