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碳纳米管太阳能电池效率新突破

2021-08-25 22:09

本文摘要:美国西北大学的研究人员前几天突破了碳纳米管太阳能电池光电切换效率近10年无法提高的困境,将其转换成效率从1%提高到3%以上,再次将沉默的碳纳米管太阳能电池研究转移到人们的视野。论文公开发表在《纳米快报》杂志上。由于比传统材料轻、厚、柔软,碳纳米管一登场就被指出是生产新型太阳能电池的理想材料,之后的尝试多次让科学家们挫折:无论采取什么样的方法,碳纳米管太阳能电池的光电切换效率总有一天会在1%左右移动。

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美国西北大学的研究人员前几天突破了碳纳米管太阳能电池光电切换效率近10年无法提高的困境,将其转换成效率从1%提高到3%以上,再次将沉默的碳纳米管太阳能电池研究转移到人们的视野。论文公开发表在《纳米快报》杂志上。由于比传统材料轻、厚、柔软,碳纳米管一登场就被指出是生产新型太阳能电池的理想材料,之后的尝试多次让科学家们挫折:无论采取什么样的方法,碳纳米管太阳能电池的光电切换效率总有一天会在1%左右移动。

这个数字不仅不能与现在主流的硅太阳能电池相比,与其他新出现的新材料相比,劣质的也不是一星半。但这项新研究无疑给人们带来了新的期望。物理学家组织网9月4日(北京时间)报道,西北大学材料工程学教授马克汉森开发的新技术将碳纳米管太阳能电池的效率从1%提高到3%,成为美国第一个可再生能源实验室证书的碳纳米管太阳能电池。

汉森说:近十年来碳纳米管太阳能电池的切换效率仍在1%左右,已经稳定,但我们超越了这个僵局。绝对值还不低,但横向仍有明显提高。汉森的绝技是碳纳米管的手性,即物体与镜像不一致的现象,具体来说是碳纳米管的直弯。

碳卷曲变成碳纳米管时,可能不存在数百种不同的手性。过去,研究人员偏向于自由选择具有良好半导体性能的特定手性,尽量生产原始太阳能电池板。但问题是,各碳纳米管的手性不能吸收特定波长范围的光,这样的太阳能电池不能吸收大部分其他波长的光。汉森的研究团队生产了包括多种手性在内的碳纳米管太阳能电池。

实验表明,新型太阳能电池与前辈相比,需要吸收更普遍的波长阳光。此外,这种新型太阳能电池甚至需要吸收近红外波长的阳光,这是目前许多先进设备的薄膜太阳能电池无法构建的。碳纳米管是最重要的里程碑,但与其他材料相比切换效率仍然落后。

下一步,汉森的研究小组将在此技术之后进行改进,并生产一种不具备多层结构的填充碳纳米管太阳能电池。每层将根据太阳光谱中的特定波长进行优化,因此需要吸收更好的光。

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此外,他们还可能添加有机或无机半导体材料等新材料来补充碳纳米管。汉森说:我们想做的是尽量吸收更好的光子,把它变成电能。

换句话说,生产需要重复使用的太阳能电池。这是该研究的终极目标。

小编指出,碳纳米管导电性好,光吸收率低,特别适合制作太阳能电池。但是,这项研究还处于非常初级的阶段,其重要问题是人们能否找到合适的形态技术,了解碳纳米管的电荷产生和分离原理?现在转换率超过10年的僵局,确实大大加强了业界的自信,但是除非转换率超过10%,否则作为太阳能电池,几乎不适合商业生产。


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