中美两国科学家新型管状太阳能电池成本低质量高

美国佐治亚理工学院和中国厦门大学的科研团队携手研发出了一种新技术，将一模一样的二氧化钛纳米棒“种植”在碳纤维上，利用这种简单低廉的材料制造高质量管状太阳能电池。新方法与经常使用的溶胶—凝胶法相比更具优势，后者需要高温且会导致材料破碎。研究论文发表在《美国化学学会》会刊上。

与传统的平板太阳能电池相比，种植在碳纤维表面的由二氧化钛半导体纳米棒组成的奇特结构拥有几个独特的优势。这种柔性管状太阳能电池能捕捉来自各个方向的光线，甚至有潜力编织进布料和纸张中，以应用于新奇的领域。

该研究的联合作者、佐治亚理工学院的郭文希（音译）表示：“这项研究演示了一种创新性的在柔性衬底上种植成串二氧化钛纳米棒的方法，得到的产品能被用到柔性设备上用于捕捉和存储能量。”

制造管状太阳能电池是一个挑战，因为需要进行很多步骤，包括将纯净的钛薄片变成二氧化钛纳米棒，用纳米棒覆盖碳纤维并将纳米棒整齐划一地排列在碳纤维上等。研究人员解释道，在碳纤维上铺展二氧化钛纳米结构的一个理想方法是将二氧化钛纳米结构直接种植在碳纤维表面。

研究人员通过“溶解和种植”方法做到了这一点，该方法将钛变成垂直对齐的单晶体二氧化钛纳米棒，并铺展在碳纤维上。接着，为了进一步改善设备的性能，科学家们使用“蚀刻和种植”法，即使用盐酸并借用一种水热处理方法，将纳米棒蚀刻成为长方形的成串阵列。

随后，科学家们将由纳米棒覆盖的碳纤维装配成管状染料敏化太阳能电池（DSSC）的光电阳极，并在实验中测试了其性能。结果表明，长方形成串的纳米棒配置获得的光电转化效率为1.28%，而不成串配置的光电转化效率仅为0.76%。科学家们认为，差异源于成串纳米棒的表面积更大，能吸收的染料分子更多，导致激发的电子也更多。

表面积更大让管状太阳能电池能捕捉来自各个方向的光线，使它们更适合用于太阳光强度有限的地区。除了制造出太阳能电池，新方法也能被扩展到制造光催化剂和锂离子电池。

郭文希表示：“未来，我们或许仅仅使用碳材料和二氧化钛就能制造出有潜力的织入布料和纸张中的染料敏化太阳能电池。”