西北大学麦考密克工程学院的材料科学家创造了一种新型碳纳米管太阳能电池，其效率是其前代产品的两倍。
碳纳米管（CNT）比传统的太阳能电池材料更轻，更灵活且更便宜，长期以来一直显示出对光伏技术的希望。但是，当碳纳米管被证明效率低下时，研究就停滞了，它比其他方法将少得多的阳光转化为电能。
现在，由材料科学与工程教授Mark Hersam以及麦考密克工程学院卓越教学的Bette和Neison Harris教授领导的研究小组，已经创建了一种新型CNT太阳能电池，其效率是其前任的两倍。它也是第一个通过国家可再生能源实验室认证其性能的CNT太阳能电池。
“该领域近十年来一直徘徊在1％左右的效率上；它真的达到了稳定，”赫尔萨姆说。“但是我们已经能够将其提高到3％以上。这是一次重大的进步。”
该研究在8月7日的《纳米快报》上的“多手性半导体碳纳米管-富勒烯太阳能电池”一文中进行了描述。
秘密在于CNT的手性，这是管子直径和扭曲的结合。当将碳薄片压成纳米管时，几百种不同的手性是可能的。过去，研究人员倾向于选择一种具有良好半导体性能的特殊手性，然后用该手性来构建整个太阳能电池。
“问题在于，每个纳米管的手性仅吸收狭窄的光波长范围，” Hersam说。“如果用单个手性碳纳米管制造太阳能电池，基本上就可以丢弃大部分太阳光。”
Hersam的团队制造了多手性或多手性半导体纳米管的混合物。通过吸收更宽范围的太阳光谱波长，可以最大程度地产生光电流。这些单元显着吸收了近红外波长，这是许多领先的薄膜技术所无法达到的范围。
尽管这是CNT太阳能电池的重大进步，但它们的效率仍落后于其他材料。例如，硅的效率可以达到15％到20％，但是制造起来更昂贵。“如果您看一下我们的表现，肯定会有很大的进步，”赫尔萨姆说。“但是还有更多工作要做。我们仍然必须将这项技术提高三到五倍。”
Hersam说，下一步是创建具有多层的多手性CNT太阳能电池。每层将针对太阳光谱的特定部分进行优化，从而吸收更多的光。他说，它们也可能掺入其他材料，例如有机或无机半导体，以补充碳纳米管。
他说：“我们要做的是吸收太阳中的每个光子并将其转换为电能。”“换句话说，我们想拥有一个吸收光谱与太阳光完全匹配的太阳能电池。我们正在朝着这个目标迈进。”
出版物：龚茂刚等，“多手性半导体碳纳米管-富勒烯太阳能电池”，《纳米快报》，2014年； DOI：10.1021 / nl5027452
图像：Shutterstock的光伏模块
