引自科學網
Michael S. Strano(圖片引自Phys Org.com)
據美國PhysOrg.com近日報導，美國研究人員首次利用奈米碳管制成了一種可捕捉和收集太陽光的“天線”(antenna)，其收集太陽光的效率是普通光伏電池的100倍，該新天線可使用在太陽能電池中，提高其光電轉化效率。新技術有望使研究人員研發出更小更強大的太陽能電池陣列。該研究發表在最新出版的《自然—材料學Nature Materials》雜誌線上版上。
麻省理工學院（MIT）化學工程系副教授邁克•斯特拉諾領(Michael S. Strano)導的研究團隊表示，新天線也可用於其他需要聚光的領域，包括用來製作夜視儀或望遠鏡等。
太陽能電池板通過將光子轉變為電流來產生電力，斯特拉諾的奈米碳管天線增加了能夠被捕捉到的光子數量，並可將捕捉到的光子轉變為能量“放入”太陽能電池中。
新天線是一條約10微米長、4微米厚的纖維繩，其中包含約3000萬個奈米碳管，這些奈米管具有不同的導電性（能帶隙），分佈在纖維繩的內外兩層。
在任何物質中，電子以不同的能階存在。當一個光子照射到物體表面時，它會將電子激發到更高的能階。得到了能量的電子和它到達新的能階後留下的電洞之間的庫侖吸引互作用，在一定的條件下會使它們在空間上束縛在一起，這樣形成的複合體稱為激子(exciton, 半導體光學的教科書中常出現)。電洞和電子之間能量層級的不同被稱為能帶隙(bandgaps)。
新天線內層包含的奈米碳管的能帶隙較小；外層奈米碳管的能帶隙更高。這一點很重要，因為激子可能從高能帶隙流向低能帶隙。這意味著，外層的激子會流到內層。因此，當光線照射物體時，所有激子都會流到纖維繩的中心，並聚集在那兒。
斯特拉諾團隊表示，他們將在一個半導體物質的核心周圍搭建這樣的天線來組裝一個太陽能電池。半導體和奈米碳管的介面可以把電子從電洞分開，電子將彙聚在一個電極上，這個電極同內部的半導體接觸；電洞彙聚在另一個電極，這個電極同奈米碳管接觸，這樣整個系統就會產生電流。該太陽能電池效率的高低主要取決於電極所使用的材料。
最近，科學家研發出了不同屬性的奈米碳管，讓斯特拉諾團隊可以控制該奈米碳管纖維不同層的性質。
斯特拉諾團隊現在正在想方設法減少激子通過纖維時的能量損失，同時讓每個光子產生的激子更多。目前，奈米碳管天線的能源損失率為13%，但是，該研究團隊正在努力研發的新天線，其能源損失率目標僅為1%。（來源：科技日報 劉霞）
PhysOrg.com原文報導
Carbon nanotube sensor array detects single molecules for the first time
MIT news原文報導
Solar funnel
New antenna made of carbon nanotubes could make photovoltaic cells more efficient by concentrating solar energy.
Anne Trafton, MIT News Office
Nature Materials原文論文
Exciton antennas and concentrators from core–shell and corrugated carbon nanotube filaments of homogeneous composition
Nature Materials
Volume: 9 , Pages: 833–839, Year published: (2010)
DOI: 10.1038/nmat2832
Jae-Hee Han, Geraldine L. C. Paulus, Ryuichiro Maruyama, Daniel A. Heller, Woo-Jae Kim, Paul W. Barone, Chang Young Lee, Jong Hyun Choi, Moon-Ho Ham, Changsik Song, C. Fantini & Michael S. Strano
The Strano Research Group實驗室網頁
This filament containing about 30 million carbon nanotubes absorbs energy from the sun as photons and then re-emits photons of lower energy, creating the fluorescence seen here. The red regions indicate highest energy intensity, and green and blue are lower intensity.
Image: Geraldine Paulus
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