全碳太阳能电池利用红外线

这是来自麻省理工学院研究人员的一些有趣而令人振奋的消息，它们涉及一种新型的光伏设备，该设备可以利用大多数太阳能电池忽略的热量辐射。请享用！（该消息是通过电子邮件接收的，但也已在麻省理工学院新闻办公室发布。）

MIT团队开发的制造新型太阳能电池的第一步，是在硅表面沉积一层单壁碳纳米管的原子力显微镜图像。在图像中可以看到单个的纳米管。照片：里沙卜·贾恩（Rishabh Jain）等

马萨诸塞州剑桥市。—到达地球表面的太阳能大约有40％位于光谱的近红外区域，这是传统的基于硅的太阳能电池无法利用的能量。但是，麻省理工学院的研究人员开发的一种新型全碳太阳能电池可以利用未利用的能量，从而开辟了组合式太阳能电池的可能性-结合了传统的硅基电池和新型全碳电池-可以利用几乎整个太阳光的能量范围。

麻省理工学院化学工程学教授查尔斯·希尔达·罗德·罗迪（Michael Charles Rodeyy）和迈克尔·斯特拉诺（Michael Strano）说：“这是一种从根本上来说是新型的光伏电池。”

新电池由两种奇特的碳构成：碳纳米管和C60，也称为布基球。Strano说：“这是第一个全碳光伏电池。”大规模生产纯化碳纳米管的新进展使这一壮举成为可能。他说：“仅在最近几年之内，才有可能向某人提供仅一种类型的碳纳米管的小瓶。”为了使新的太阳能电池能够正常工作，纳米管必须非常纯净且具有均匀的类型：单壁，并且纳米管只有两种可能的对称构型中的全部。

其他小组已经使用碳纳米管制造了光伏（PV）电池，但是仅通过使用一层聚合物将纳米管固定在适当的位置，并收集吸收阳光时被打散的电子。但是这种结合增加了生产过程的额外步骤，并且需要额外的涂层来防止暴露于空气中而降解。Strano说，新的全碳PV电池似乎在空气中稳定。

碳基电池最有效地捕获近红外区域的阳光。由于该材料对可见光透明，因此此类电池可以覆盖在常规太阳能电池上，从而形成可以利用大部分阳光能量的串联设备。Strano和他的同事说，碳电池将需要精炼。到目前为止，早期的概念验证设备的能量转换效率仅为约0.1％。

但是，尽管该系统需要进一步的研究和微调，但“我们正在努力制造出效率非常高的近红外太阳能电池，”该论文的主要作者研究生Rishabh Jain说。

该团队说，由于新系统使用了纳米级材料层，因此生产这些电池将需要相对少量的高度纯化的碳，并且所产生的电池将非常轻巧。贾恩说：“碳纳米管的真正好处之一是它们的光吸收率非常高，因此您不需要太多的材料就可以吸收大量的光。”

通常，当研究一种新的太阳能电池材料时，效率低下很多，研究人员逐渐找到减少这种方法的方法。博士后和合著者凯文·特弗迪（Kevin Tvrdy）说，在这种情况下，一些效率低下的原因已经被发现并解决：他说，例如，科学家已经知道，碳纳米管的异质混合物比同质配方的效率要低得多，而包含单壁和多壁纳米管的混合物的材料效率却低得多，以至于有时它们根本不起作用。 。

贾恩说：“对于我们来说，很明显需要提高效率的各种事情。”他说，麻省理工学院的研究人员现在正在探索的一个领域是对其所生产的材料层的确切形状和厚度进行更精确的控制。

贾恩说，研究小组希望其他研究人员也会加入进来，寻求改善其系统的方法。他说：“这很大程度上是一个模型系统，其他团队将有助于提高效率。”

但是斯特拉诺指出，由于太阳能光谱的近红外部分目前完全没有被典型的太阳能电池使用，因此即使在该地区工作的低效率电池，只要其成本较低，也是值得的。他说：“如果您甚至可以利用一部分近红外光谱，它就会增加价值。”

Strano补充说，该论文的一位匿名同行审阅者评论说，没有聚合物层的吸收红外线的碳基光伏电池的实现是“该领域的梦想”。

这项工作还涉及麻省理工学院的研究生雷切尔·豪顿，史蒂芬·清水和安德鲁·希尔默；博士后Thomas McNicholas;兼化学工程教授Karen Gleason。它由意大利公司Eni通过MIT能源倡议提供支持，并由国家科学基金会和国防部分别通过与Jain和Howden的研究生奖学金获得了支持。

由麻省理工学院新闻处David Chandler撰写