《納米快報(bào)》：“缺陷”碳納米管薄膜可改善太陽能電池表現(xiàn)
納米技術(shù)正在為太陽能電池性質(zhì)的改進(jìn)鋪平道路。美國科學(xué)家的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管薄膜可以用來替換太陽能電池中通常使用的兩層物質(zhì)，而讓人驚訝的是，要讓碳納米管薄膜勝任這一位置，必須向其中添加一些“缺陷”。新的研究結(jié)果有望在降低成本的同時(shí)，提高太陽能電池的表現(xiàn)。相關(guān)論文發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。
太陽能電池中有一類名為染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cells），它們內(nèi)部有一層透明且可導(dǎo)電的氧化物薄膜。此外，染料敏化電池內(nèi)部還有一層單獨(dú)的鉑薄膜，作為加速相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的催化劑。不過，這兩種材料目前都存在不足之處。氧化物薄膜不易應(yīng)用于柔軟易彎曲變形的材料，它們在剛性的耐熱襯底（比如玻璃）上的表現(xiàn)更好。氧化物的這一約束會(huì)增加成本并限制太陽能電池產(chǎn)品的種類。而對(duì)于鉑膜來說，它需要昂貴的設(shè)備。
在研究中，美國圣塔菲研究所的Jessika Trancik、密歇根州立大學(xué)的Scott Calabrese Barton以及哥倫比亞大學(xué)的James Hone等人決定利用碳納米管來一種單層薄膜，它能夠同時(shí)起到氧化物和鉑薄膜的功能。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，碳納米管薄膜必須具有三種特性：透明、導(dǎo)電以及催化活性。
普通的碳納米管在這三方面都差強(qiáng)人意。要顯著改善其中之一，則往往會(huì)犧牲掉其他二者。比如，碳納米管薄膜如果厚一些則會(huì)成為更好的催化劑，但透明度就會(huì)較差。
此前有理論表明，如果材料中有微小的缺陷，為化學(xué)反應(yīng)物提供附著位置，那么就有可能起到更好的催化效果。因此，研究人員嘗試著將碳納米管暴露在臭氧中，后者能增加其粗糙性。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于很薄的碳納米管膜而言，增加缺陷會(huì)使其催化能力提升10倍多。
為了解決透明度和導(dǎo)電性的平衡問題，研究人員對(duì)碳納米管底層采用了另一個(gè)小技巧——創(chuàng)造更長的碳納米管，這樣可以同時(shí)提升薄膜的導(dǎo)電性和透明度。
新的方法或許同樣可以利用于燃料電池或蓄電池中。Trancik表示，“這項(xiàng)研究是一個(gè)范例，利用材料的納米結(jié)構(gòu)處理——在微小尺度上改變?nèi)毕菝芏群图{米管長度，來轉(zhuǎn)變材料各種特性的制衡，并讓某種特定材料擁有更好的表現(xiàn)。以先進(jìn)的方式創(chuàng)造廉價(jià)的材料對(duì)于實(shí)現(xiàn)低碳排放和低能耗技術(shù)的目標(biāo)具有重要意義。”
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