據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國研究人員首次利用碳納米管制成了一種可捕捉和收集太陽(yáng)光的“天線(xiàn)”，其收集太陽(yáng)光的效率是普通光伏電池 的100倍，該新天線(xiàn)可使用在太陽(yáng)能電池中，提高其光電轉化效率。新技術(shù)有望使研究人員研發(fā)出更小更強大的太陽(yáng)能電池陣列。該研究發(fā)表在最新出版的《自 然·材料》雜志在線(xiàn)版上。
麻省理工學(xué)院（MIT）化學(xué)副教授邁克爾·斯特拉諾領(lǐng)導的研究團隊表示，新天線(xiàn)也可用于其他需要聚光的領(lǐng)域，包括用來(lái)制作夜視儀或望遠鏡等。
太陽(yáng)能電池板通過(guò)將光子轉變?yōu)殡娏鱽?lái)產(chǎn)生電力，斯特拉諾的碳納米管天線(xiàn)增加了能夠被捕捉到的光子數量，并可將捕捉到的光子轉變?yōu)槟芰?#8220;放入”太陽(yáng)能電池中。
新天線(xiàn)是一條約10微米長(cháng)、4微米厚的纖維繩，其中包含約3000萬(wàn)個(gè)碳納米管，這些納米管具有不同的導電性（能帶隙），分布在纖維繩的內外兩層。
在任何物質(zhì)中，電子以不同的能級存在。當一個(gè)光子照射到物體表面時(shí)，它會(huì )將電子激發(fā)到更高的能級。得到了能量的電子和它到達新的能級后留下的空穴之間 的庫侖吸引互作用，在一定的條件下會(huì )使它們在空間上束縛在一起，這樣形成的復合體稱(chēng)為激子?？昭ê碗娮又g能量層級的不同被稱(chēng)為能帶隙。
新天線(xiàn)內層包含的碳納米管的能帶隙較??；外層碳納米管的能帶隙更高。這一點(diǎn)很重要，因為激子可能從高能帶隙流向低能帶隙。這意味著(zhù)，外層的激子會(huì )流到內層。因此，當光線(xiàn)照射物體時(shí)，所有激子都會(huì )流到纖維繩的中心，并聚集在那兒。
斯特拉諾團隊表示，他們將在一個(gè)半導體物質(zhì)的核心周?chē)罱ㄟ@樣的天線(xiàn)來(lái)組裝一個(gè)太陽(yáng)能電池。半導體和碳納米管的接口可以把電子從空穴分開(kāi)，電子將匯聚 在一個(gè)電極上，這個(gè)電極同內部的半導體接觸；空穴匯聚在另一個(gè)電極，這個(gè)電極同碳納米管接觸，這樣整個(gè)系統就會(huì )產(chǎn)生電流。該太陽(yáng)能電池效率的高低主要取決 于電極所使用的材料。
最近，科學(xué)家研發(fā)出了不同屬性的碳納米管，讓斯特拉諾團隊可以控制該碳納米管纖維不同層的性質(zhì)。
斯特拉諾團隊現在正在想方設法減少激子通過(guò)纖維時(shí)的能量損失，同時(shí)讓每個(gè)光子產(chǎn)生的激子更多。目前，碳納米管天線(xiàn)的能源損失率為13%，但是，該研究團隊正在努力研發(fā)的新天線(xiàn)，其能源損失率目標僅為1%。
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