碳纳米管太阳能电池

作者: | 发布日期: 2015 年 01 月 12 日 17:11 | 分类: 新能源知识
一、简介:
 
碳纳米管是由碳原子无隙结合构成的纳米级直径的圆柱状物体。
 
而碳纳米管太阳能电池(Carbon nanotube solar cells)是由美国康奈尔大学的研究者于2009年发明,依靠单根碳纳米管制作出来的。这里的碳纳米管实际上就是一层卷成筒的石墨,其大小相当于一个 DNA 分子。
 
二、工作原理:
 
 
碳纳米管由导线连接在两个电触点之间,一个触点为负极,另一个为正极。电子在纳米管里移动时,受到激励并释放出过剩的能量,这样又会导致更多的电子流过纳米管。纳米管受到的光照越多,产生的电能也越多。这一点和现在的硅太阳能电池大相径庭—-在硅电池中,剩余能量会以热能的形式损失掉,而不是产生更多的电能。
 
三、优点:
 
碳材料储量巨大、价格低廉——目前普遍用的硅材料成本太高,在20年的使用期内其每千瓦时的成本是煤炭的5倍,而在相近的转换效率下,碳纳米管或许能比硅材料的电池更便宜;
 
碳纳米管导电性好,对光吸收率高——与其他太阳能电池的前辈相比,能吸收波长范围更加广泛的阳光,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。
 
四、难题:
 
效率进展慢,发展十年,其转换效率才从1%提升到3%,而转换效率在10%以下的太阳能电池基本上是没有多少商业发展效益的。其中最关键的问题是,找到合适的形态制程、以及深入掌握碳纳米管中电荷产生和分离的原理。
 
五、发展过程:
 
2009年——美国康奈尔大学研究人员利用碳纳米管代替传统硅管,制造出高效太阳能电池,但仅限于实验室,未实现商业生产。
 
2011年——美国西北大学研究人员利用碳纳米管组成透明导体,形成新的太阳能电池材料,并进一步确定了效率最高的碳纳米管的类型:金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管,前者的效率为后者的50倍。
 
2014年——美国西北大学材料工程学教授马克•汉森突破碳纳米管太阳能电池光电转换效率近十年来无法提升的困局,将其转化效率从1%提高到3%以上,首次被美国国家可再生能源实验室认证。其目标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。

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