打破困局 碳納米管太陽能電池效率提升

2025-03-25 21:29:25

　　[泡泡網 前沿電子頻道] 美國西北大學的研究人員日前突破了碳納米管太陽能電池光電轉換效率近10年來無法提升的困局，將其轉化效率從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。相關論文發表在《納米快報》雜誌上。由於比傳統材料更輕更薄更靈活，碳納米管剛一問世就被認為是製造新型太陽能電池的理想材料，但此後的嘗試卻讓科學家們屢屢受挫：不管採取什麼方法，碳納米管 太陽能電池的光電轉換效率永遠都在1%左右徘徊。這個數字不但無法和目前主流的矽太陽能電池相提並論，與其他新近出現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。據物理學家組織網9月4日（北京時間）報導，由西北大學材料工程學教授馬克?漢森開發出的這種新技術讓碳納米管太陽能電池的效率從1%提升到了3%，並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換效率一直徘徊在1%左右，甚至已經趨於穩定，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象，具體來說就是碳納米管的直與彎。當碳捲曲成為碳納米管時，有可能存在上百種不同的手性。在過去，研究者傾向於選擇具有良好半導體性能的一類特定手性，並且儘量用它們製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範圍的光，這樣的太陽能電池無法吸收大部分其他波長的光。而漢森的研究團隊製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的。

　　雖然對碳納米管而言這是一個重要的裡程碑，但相對於其他材料這個轉換效率仍然比較落後。下一步，漢森的研究小組將對該技術繼續進行改進，製造出一種具備多層結構的複合碳納米管太陽能電池，每一層都將根據太陽光譜中特定的波長進行優化，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：「我們想要做的就是儘可能吸收更多的光子，並將其轉化為電能。換句話說，就是製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。」

張彬彬（Weibo：）
編輯辣評：碳納米管導電性好、對光吸收率高，這是它被認為特別適合製作太陽能電池的原因。但這項研究一直處在非常初級的階段，其關鍵問題在於，人們能不能找到合適的形態工藝，然後深入掌握碳納米管中電荷產生和分離的原理？而今轉換率打破10年來僵局，無疑極大增強了業界的信心，不過除非其轉換率能達到10%，不然作為太陽能電池，其基本是沒有商業化生產的必要的。■