新碳纳米管天线可收集更多太阳光

根据美国物理学家网络最近的一份报告，美国研究人员首次利用碳纳米管制作了一个“天线”来捕捉和收集阳光。它收集阳光的效率是普通光伏电池的100倍。这种新型天线可用于太阳能电池，以提高其光电转换效率。这项新技术有望让研究人员开发出更小、更强大的太阳能电池阵列。这项研究发表在最新一期《自然材料》的网络版上。

由麻省理工学院化学副教授迈克尔·斯特拉诺领导的研究小组表示，新的天际线还可以用于其他需要聚光的领域，包括制造夜视设备或望远镜。

太阳能电池板通过将光子转换成电流来发电。strano的碳纳米管天线增加了可以捕获的光子数量，并将捕获的光子转化为能量“输入”太阳能电池。

新天线是一根10微米长、4微米厚的纤维绳，其中含有大约3000万个碳纳米管。这些纳米管具有不同的导电性(带隙)，分布在纤维绳的内层和外层。

在任何物质中，电子以不同的能级存在。当光子撞击物体表面时，它将电子激发到更高的能级。具有能量的电子与到达新能级后留下的空穴之间的库仑引力相互作用，将使它们在一定条件下在空间中结合在一起。这样形成的复合物叫做激子。空穴和电子之间能级的差异被称为能带隙。

新天线的内层包含带隙较小的碳纳米管。外部碳纳米管具有较高的带隙。这很重要，因为激子可能从高带隙流向低带隙。这意味着外层的激子将流向内层。因此，当光线照射到物体上时，所有的激子都会流向纤维绳的中心并聚集在那里。

斯特拉诺团队表示，他们将在半导体材料的核心周围建造这样一个天线来组装太阳能电池。半导体和碳纳米管之间的界面可以将电子从空穴中分离出来，并且电子将会聚在与内部半导体接触的电极上。空穴聚集在与碳纳米管接触的另一个电极上，因此整个系统产生电流。太阳能电池的效率主要取决于电极所用的材料。

最近，科学家开发了具有不同性质的碳纳米管，使得斯特拉诺团队能够控制碳纳米管纤维不同层的性质。

斯特拉诺团队现在正试图减少激子穿过光纤时的能量损失，同时允许每个光子有更多的激子。目前，碳纳米管天线的能量损失率为13%，但研究团队正在尝试开发的新型天线的能量损失率目标仅为1%。