斯坦福大学的科学家们已经建造了第一个完全由碳制成的太阳能电池，这是目前用于光伏器件的昂贵材料的有前途的替代品。
“碳有可能以低成本提供高性能，”研究高级作者，斯坦福大学化学工程教授Zhenan Bao说。“据我们所知，这是一个工作太阳能电池的首次演示，其中所有组件都由碳制成。这项研究建立在我们实验室以前完成的工作之上。”
与装饰许多屋顶的刚性硅太阳能电池板不同，斯坦福的薄膜原型由碳材料制成，可以从溶液中涂覆。“或许在未来我们可以看到在建筑物表面，窗户或汽车上涂上柔性碳太阳能电池以发电的替代市场，”鲍说。
斯坦福大学研究生Michael Vosgueritchian表示，涂层技术还具有降低制造成本的潜力，他是博士后研究员Marc Ramuz的共同主要作者。
“处理硅基太阳能电池需要很多步骤，”Vosgueritchian解释说。“但我们的整个设备可以使用简单的涂层方法制造，不需要昂贵的工具和机器。”
碳纳米材料
宝集团的实验太阳能电池由光敏层组成，它吸收太阳光，夹在两个电极之间。在典型的薄膜太阳能电池中，电极由导电金属和氧化铟锡(ITO)制成。“随着对太阳能电池，触摸屏面板和其他电子设备的需求增长，像铟这样的材料很少，而且变得越来越贵，”鲍说。“另一方面，碳是低成本和地球丰富的。”
宝集团的全碳太阳能电池由光敏层组成，它吸收太阳光，夹在两个电极之间。
在这项研究中，鲍和她的同事们用传统电极中的银和ITO取代了石墨烯 - 一块原子厚度的碳片 - 单壁碳纳米管比人类头发窄了10,000倍。“碳纳米管具有非凡的导电性和光吸收性，”鲍说。
对于活性层，科学家使用由碳纳米管和“巴基球”制成的材料 - 直径仅为1纳米的足球形碳分子。研究小组最近为整个设备申请了专利。
“我们的太阳能电池中的每个组件，从上到下，都是由碳材料制成的，”Vosgueritchian说。“据报道，其他集团也在制造全碳太阳能电池，但它们只是指中间的有源层，而不是电极。”
全碳原型的一个缺点是它主要吸收近红外波长的光，使实验室效率低于1% - 远低于商用太阳能电池。“我们显然还有很长的路要走，”鲍说。“但是，凭借更好的材料和更好的加工技术，我们预计效率将大幅提升。”
提高效率
斯坦福大学的团队正在寻找各种提高效率的方法。“粗糙会使设备短路并使其难以收集电流，”鲍说。“我们必须弄清楚如何通过非常好地堆叠纳米材料来使每层都非常光滑。”
研究人员还在试验碳纳米材料，它可以在更广泛的波长范围内吸收更多的光，包括可见光谱。
“由碳制成的材料非常坚固，”鲍说。“它们在接近1,100华氏度的气温下保持稳定。”
Vosgueritchian表示，碳太阳能电池在极端条件下胜过传统设备的能力可以克服提高效率的需求。“我们相信全碳太阳能电池可用于极端环境，例如高温或高物理压力，”他说。“但显然我们希望尽可能提高效率，并正在努力改进我们的设备。”
“光伏技术肯定会成为我们未来可以利用的非常重要的动力源，”鲍说。“我们有很多可用的阳光。我们必须找到一些方法来使用这种给我们的自然资源。”