碳納米管太陽能電池效率提升3倍

    美國西北大學(xué)的研究人員日前突破了碳納米管太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率近10年來無法提升的困局，將其轉(zhuǎn)化效率從1%提高到了3%以上，讓一度沉寂的碳納米管太陽能電池研究再次進入了人們的視野。

    由于比傳統(tǒng)材料更輕更薄更靈活，碳納米管剛一問世就被認為是制造新型太陽能電池的理想材料，但此后的嘗試卻讓科學(xué)家們屢屢受挫：不管采取什么方法，碳納米管太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率永遠都在1%左右徘徊。這個數(shù)字不但無法和目前主流的硅太陽能電池相提并論，與其他新近出現(xiàn)的新材料相比差的也不是一星半點。

    但這項新研究無疑給人們帶來了新的希望。據(jù)報道，由西北大學(xué)材料工程學(xué)教授馬克·漢森開發(fā)出的這種新技術(shù)讓碳納米管太陽能電池的效率從1%提升到了3%，并成為首個被美國國家可再生能源實驗室認證的碳納米管太陽能電池。

    漢森說：“近10年來碳納米管太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率一直徘徊在1%左右，甚至已經(jīng)趨于穩(wěn)定，但我們打破了這一僵局。雖然絕對值仍然不高，但縱向比較仍然是一個顯著提升。”

    漢森的絕招就是碳納米管的手性，即一個物體與其鏡像不重合的現(xiàn)象，具體來說就是碳納米管的直與彎。當(dāng)碳卷曲成為碳納米管時，有可能存在上百種不同的手性。在過去，研究者傾向于選擇具有良好半導(dǎo)體性能的一類特定手性，并且盡量用它們制造出一塊完整的太陽能電池板。但問題是，每個碳納米管的手性只能吸收特定波長范圍的光，這樣的太陽能電池?zé)o法吸收大部分其他波長的光。而漢森的研究團隊制造了一塊包含多種手性的碳納米管太陽能電池。

    實驗顯示，新型太陽能電池與其前輩相比能夠吸收更廣泛波長的陽光。此外，這種新型太陽能電池甚至能夠吸收近紅外波長的陽光，這是目前很多先進的薄膜太陽能電池都無法實現(xiàn)的。

    雖然對碳納米管而言這是一個重要的里程碑，但相對于其他材料這個轉(zhuǎn)換效率仍然比較落后。下一步，漢森的研究小組將對該技術(shù)繼續(xù)進行改進，制造出一種具備多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合碳納米管太陽能電池，每一層都將根據(jù)太陽光譜中特定的波長進行優(yōu)化，因而將能夠吸收更多的光。此外，他們還可能加入如有機或無機半導(dǎo)體材料等新材料來補充碳納米管。

    漢森說：“我們想要做的就是盡可能吸收更多的光子，并將其轉(zhuǎn)化為電能。換句話說，就是制造出一種能夠一次性完美匹配多個波長陽光的太陽能電池。這是這項研究的終極目標。”<