美国碳纳米管太阳能电池效率提升3倍

美国西北大学的研究人员日前突破了碳纳米管太阳能电池光电转换效率近10年来无法提升的困局，将其转化效率从1%提高到了3%以上，让一度沉寂的碳纳米管太阳能电池研究再次进入了人们的视野。相关论文发表在《纳米快报》杂志上。

由于比传统材料更轻更薄更灵活，碳纳米管刚一问世就被认为是制造新型太阳能电池的理想材料，但此后的尝试却让科学家们屡屡受挫：不管采取什么方法，碳纳米管太阳能电池的光电转换效率永远都在1%左右徘徊。这个数字不但无法和目前主流的硅太阳能电池相提并论，与其他新近出现的新材料相比差的也不是一星半点。

但这项新研究无疑给人们带来了新的希望。据物理学家组织网9月4日（北京时间）报道，由西北大学材料工程学教授马克·汉森开发出的这种新技术让碳纳米管太阳能电池的效率从1%提升到了3%，并成为首个被美国国家可再生能源实验室认证的碳纳米管太阳能电池。

汉森说：“近10年来碳纳米管太阳能电池的转换效率一直徘徊在1%左右，甚至已经趋于稳定，但我们打破了这一僵局。虽然绝对值仍然不高，但纵向比较仍然是一个显著提升。”

汉森的绝招就是碳纳米管的手性，即一个物体与其镜像不重合的现象，具体来说就是碳纳米管的直与弯。当碳卷曲成为碳纳米管时，有可能存在上百种不同的手性。在过去，研究者倾向于选择具有良好半导体性能的一类特定手性，并且尽量用它们制造出一块完整的太阳能电池板。但问题是，每个碳纳米管的手性只能吸收特定波长范围的光，这样的太阳能电池无法吸收大部分其他波长的光。而汉森的研究团队制造了一块包含多种手性的碳纳米管太阳能电池。

实验显示，新型太阳能电池与其前辈相比能够吸收更广泛波长的阳光。此外，这种新型太阳能电池甚至能够吸收近红外波长的阳光，这是目前很多先进的薄膜太阳能电池都无法实现的。


虽然对碳纳米管而言这是一个重要的里程碑，但相对于其他材料这个转换效率仍然比较落后。下一步，汉森的研究小组将对该技术继续进行改进，制造出一种具备多层结构的复合碳纳米管太阳能电池，每一层都将根据太阳光谱中特定的波长进行优化，因而将能够吸收更多的光。此外，他们还可能加入如有机或无机半导体材料等新材料来补充碳纳米管。

汉森说：“我们想要做的就是尽可能吸收更多的光子，并将其转化为电能。换句话说，就是制造出一种能够一次性完美匹配多个波长阳光的太阳能电池。这是这项研究的终极目标。”

碳纳米管导电性好、对光吸收率高，这是它被认为特别适合制作太阳能电池的原因。但这项研究一直处在非常初级的阶段，其关键问题在于，人们能不能找到合适的形态工艺，然后深入掌握碳纳米管中电荷产生和分离的原理？而今转换率打破10年来僵局，无疑极大增强了业界的信心，不过除非其转换率能达到10%，不然作为太阳能电池，其基本是没有商业化生产的必要的。