納米技術正在為太陽能電池性質的改進鋪平道路。美國科學家的一項研究發現，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，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”。新的研究結果有望在降低成本的同時，提高太陽能電池的表現。相關論文發表在《納米快報》（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），它們內部有一層透明且可導電的氧化物薄膜。此外，染料敏化電池內部還有一層單獨的鉑薄膜，作為加速相關化學反應的催化劑。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）上的表現更好。氧化物的這一約束會增加成本并限制太陽能電池產品的種類。而對于鉑膜來說，它需要昂貴的設備。
在研究中，美國圣塔菲研究所的Jessika Trancik、密歇根州立大學的Scott Calabrese Barton以及哥倫比亞大學的James Hone等人決定利用碳納米管來一種單層薄膜，它能夠同時起到氧化物和鉑薄膜的功能。為了實現這一目標，碳納米管薄膜必須具有三種特性：透明、導電以及催化活性。
普通的碳納米管在這三方面都差強人意。要顯著改善其中之一，則往往會犧牲掉其他二者。比如，碳納米管薄膜如果厚一些則會成為更好的催化劑，但透明度就會較差。
此前有理論表明，如果材料中有微小的缺陷，為化學反應物提供附著位置，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。他們發現，對于很薄的碳納米管膜而言，增加缺陷會使其催化能力提升10倍多。
為了解決透明度和導電性的平衡問題，研究人員對碳納米管底層采用了另一個小技巧——創造更長的碳納米管，這樣可以同時提升薄膜的導電性和透明度。
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，“這項研究是一個范例，利用材料的納米結構處理——在微小尺度上改變缺陷密度和納米管長度，來轉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。以先進的方式創造廉價的材料對于實現低碳排放和低能耗技術的目標具有重要意義。”
在線客服
