2015-01-12 | 編輯:Gillzyb 4607 瀏覽人次

碳奈米管太陽能電池

一、簡介:

碳奈米管是由碳原子無隙結合構成的奈米級直徑的圓柱狀物體。

而碳奈米管太陽能電池(Carbon nanotube solar cells)是由美國康奈爾大學的研究者于2009年發明,依靠單根碳奈米管制作出來的。這裡的碳奈米管實際上就是一層卷成筒的石墨,其大小相當於一個 DNA 分子。

二、工作原理:

碳奈米管由導線連接在兩個電觸點之間,一個觸點為負極,另一個為正極。電子在奈米管裡移動時,受到激勵並釋放出過剩的能量,這樣又會導致更多的電子流過奈米管。奈米管受到的光照越多,產生的電能也越多。這一點和現在的矽太陽能電池大相徑庭----在矽電池中,剩餘能量會以熱能的形式損失掉,而不是產生更多的電能。

三、優點:

碳材料儲量巨大、價格低廉——目前普遍用的矽材料成本太高,在20年的使用期內其每千瓦時的成本是煤炭的5倍,而在相近的轉換效率下,碳奈米管或許能比矽材料的電池更便宜;

碳奈米管導電性好,對光吸收率高——與其他太陽能電池的前輩相比,能吸收波長範圍更加廣泛的陽光,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。

四、難題:

效率進展慢,發展十年,其轉換效率才從1%提升到3%,而轉換效率在10%以下的太陽能電池基本上是沒有多少商業發展效益的。其中最關鍵的問題是,找到合適的形態制程、以及深入掌握碳奈米管中電荷產生和分離的原理。

五、發展過程:

2009年——美國康奈爾大學研究人員利用碳奈米管代替傳統矽管,製造出高效太陽能電池,但僅限於實驗室,未實現商業生產。

2011年——美國西北大學研究人員利用碳奈米管組成透明導體,形成新的太陽能電池材料,並進一步確定了效率最高的碳奈米管的類型:金屬型碳奈米管和半導體型碳奈米管,前者的效率為後者的50倍。

2014年——美國西北大學材料工程學教授馬克•漢森突破碳奈米管太陽能電池光電轉換效率近十年來無法提升的困局,將其轉化效率從1%提高到3%以上,首次被美國國家可再生能源實驗室認證。其目標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。

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