用碳纳米管研制高效太阳能电池的方法

用碳纳米管研制高效太阳能电池的方法

美国康奈尔大学（Cornell University）研究人员制作出高效太阳能电池的基本元素，很有希望以更有效的方式将太阳能转换成电力。利用碳纳米管代替传统硅技术。

研究人员制作并测试、检测了一种叫作光电二极管的简单的太阳能电池，它由一个独立的碳纳米管形成。这项研究在康奈尔纳米系统中心和康纳尔纳米科学技术实验室，以及国家自然科学基金会和先进材料、结构、器件微电子研究公司共同支持下完成。这项研究由康奈尔大学物理学Goldwin Smith教授Paul McEuen和化学及生物化学助理教授Jiwoong Park共同领导，他们描述了如何通过增加载流子的数量，使得器件能非常高效地将光能转化为电能。这种方法证明了下一代高效太阳能电池的重要性。

“我们不仅仅在研究新材料，实际上也在将其付诸于应用，创造出真正的太阳能电池器件，” 该论文的第一作者、McEuen实验室研究生Nathan Gabor指出。

研究人员采用了由石墨烯薄片卷制而成的单壁碳纳米管，来制作太阳能电池。其尺寸与DNA分子相当，纳米管在两个电连接间导通，并靠近分别带正、负电荷的两个电极。这项研究采用单壁纳米管，某种程度上是受先前所做的二极管研究启发，二极管是很简单的晶体管形式，只允许电流在一个方向上移动。康奈尔研究小组想看看，采用类似的方法能产生怎样的结果，而这次对纳米管进行光照。

利用不同颜色的激光照射纳米管，在将光能转化成电能的过程中，研究人员发现更高能量的光子产生的电流具有放大效应。更进一步的研究发现，狭长、圆柱形的碳纳米管使得电子能平滑地逐个挤过纳米管。电子穿过纳米管后受激发，并产生新的电子继续移动。他们表示，纳米管可能是个理想的光伏电池，因为通过利用光的多余光能量，它能使电子再创造出更多的电子。

这看起来不像是目前的太阳能电池，传统的电池里额外的能量往往以热量的形式流失，而且电池还需要不断的外部冷却。

尽管他们已经制作出了器件，但是如何在量产中获得便宜且可靠的这种器件，对于工程师来说还是很大的挑战，Gabor说，“我们所观察到的只是其物理表现”。

在碳纳米管材料制成的光电二极管中，当阳光照射到器件上时，电子（蓝色）和空穴（红色）释放过剩能量，更有效地创造出更多的电子-空穴对.