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研究人员已经开发出一种完全由碳制成的太阳能电池，这是目前常规太阳能电池板中昂贵材料的廉价替代品。
斯坦福大学化学工程学教授，资深研究人员宝振安说：“碳有潜力以低成本提供高性能。”据我们所知，这是第一个演示工作中的太阳能电池的示例，该太阳能电池的所有成分均由碳制成。这项研究建立在我们实验室以前的工作之上。
与装饰在许多屋顶上的刚性硅太阳能电池板不同，该薄膜原型是由可以从溶液中涂覆的碳材料制成的。
全碳太阳能电池由夹在两个电极之间的吸收阳光的光敏层组成。（信用：马克·史华兹/斯坦福）
鲍说：“也许将来我们可以看到替代市场，其中柔性碳太阳能电池被涂在建筑物表面，窗户或汽车上以发电。”
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该研究与博士后研究员马克·拉姆兹（Marc Ramuz）合着的研究生Michael Vosgueritchian说，这种涂层技术还具有降低制造成本的潜力。
“加工硅基太阳能电池需要很多步骤，” Vosgueritchian解释说。“但是我们可以使用简单的涂覆方法来构建我们的整个设备，而无需昂贵的工具和机器。”
碳纳米材料
实验太阳能电池由夹在两个电极之间的吸收阳光的光敏层组成。在典型的薄膜太阳能电池中，电极由导电金属和铟锡氧化物（ITO）制成。
“随着太阳能电池，触摸屏面板和其他电子设备需求的增长，铟等材料稀缺，价格也越来越昂贵，” Bao说。“另一方面，碳价格低廉且富含地球。”
对于这项发表在ACS Nano上的研究，Bao和她的同事们用石墨烯（单原子厚的碳片）和比人的头发窄10,000倍的单壁碳纳米管代替了传统电极中使用的银和ITO。
“碳纳米管具有非凡的导电性和光吸收特性，” Bao说。
对于活性层，科学家使用了由碳纳米管和“布基球”制成的材料，这些材料是直径仅为一纳米的足球球状碳分子。研究团队最近为整个设备申请了专利。
Vosgueritchian说：“从上到下，我们太阳能电池中的每个组件都是由碳材料制成的。”“其他小组报告说制造全碳太阳能电池，但他们只是指中间的活性层，而不是电极。”
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全碳原型的一个缺点是它主要吸收近红外波长的光，导致实验室效率不到1％，远低于市售的太阳能电池。Bao说：“显然，要提高效率还有很长的路要走。”“但是，有了更好的材料和更好的加工技术，我们预计效率将大大提高。”
提高效率
斯坦福大学的团队正在研究提高效率的各种方法。Bao表示：“粗糙度可能会使设备短路并使收集电流变得困难。”“我们必须弄清楚如何通过很好地堆叠纳米材料来使每一层非常光滑。”
研究人员还在试验碳纳米材料，该材料可以吸收更多波长范围内的光，包括可见光谱。“用碳制成的材料非常坚固，” Bao说。“它们在接近华氏1,100度的气温下保持稳定。”
碳太阳能电池在极端条件下的性能优于传统设备，可以克服对更高效率的需求。“我们相信全碳太阳能电池可以在极端环境下使用，例如高温或高物理压力，” Vosgueritchian说。“但是很显然，我们希望获得最高的效率，并且正在研究改善设备的方法。”
鲍说：“光伏无疑将是我们未来将利用的非常重要的动力来源。”“我们有很多可用的阳光。我们必须找出某种方式来使用提供给我们的这种自然资源。”
通过。马克·史瓦兹-斯坦福
这项研究的其他作者是斯坦福大学的彭伟，罗切斯特大学的王成功和高永立。这项研究是由斯坦福大学全球气候与能源项目和空军科学研究所资助的。
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