氧化钛奈米管可有效降低太阳能电池成本

上世纪人类就开始探索可再生能源，太阳能利用可谓是重中之重，在这些年的探索中，太阳能的利用有了长足发展，其中光伏产业的兴起，带动了新产业链的诞生。氧化钛奈米管的研制成功，标志着太阳能电池成本的降低，对这个行业来说，起到了带动作用。

早期的研究

2001年，Grimes的研究小组论证了在矽微电子上整合碳奈米管的可行性，透过在矽基板上调整顶部开口的碳奈米管，采用奈米多孔、经过阳极电镀的氧化铝板。当时，研究证实了他们能用预先定型的氧化铝板控制奈米管阵列的直径、长度和密度。

Grimes预测，同一方法将适于排列更加整齐的氧化钛奈米管阵列，用于染料敏化太阳能电池。“我们研究的技术重要性在于我们能制造这种真正薄的阴极──360奈米厚──与常规染料太阳能电池相较，可大幅提升电流密度。”Grimes说。

下一步，宾州研究小组期望加长氧化钛奈米管来增强其效率。“我们已经培育出非常整齐的碳奈米管阵列，长达6微米，当你由我们现有的氧化钛奈米管原型推断那么长的奈米管时，你会得到显着的光电效率。”奈米管还开启了直接将水转换为氢氧的可能性。奈米管中空的内部核心将被用于储存自由氢原子。

该小组进行的实验显示，高整齐度排列的氧化钛奈米管阵列当用紫外光照射时能制成氢。目前的任务是将该流程转换为可见光谱，有潜力创造一种由太阳能产生氢的实用商业化方法。Grimes的研究团队研究资金来自美国国家科技基金会、宾州氢中心和材料研究院。

研发及利用

染料敏化(dye-sensitized)的太阳能电池为再生能源提供了低成本选择，但其效率最高达到令人沮丧的11美分。如今，宾州大学的一个计划提议，将氧化钛(titania，titanium oxide)奈米管阵列组合可望提供所需的效率，从而促进了电池的商用化。

"我们已经开发了非常整齐的奈米管阵列，长6.4微米。把这些薄膜整合在染料太阳能电池内将使我们从这种低成本太阳光电池技术获得显着的光转换效率，可能在20 %的范围内。"宾州大学电气工程和材料科学工程教授Craig Grimes表示。他声称，这种材料的“理想极限”是33%。

Grimes的透明奈米管构成了实验染料太阳能电池的阴极，并提供电子过滤的有效技术。他透露，该小组获得2.9%的光转换效率，电极长度只有360奈米，他预测当奈米管长度增大时，效率可达到20%。Grimes的研究小组还计划利用该技术进行实验，从太阳能电池制造出氢燃料。

"这是一种用于分解水的令人讶异的材料结构──即，透过分离水使阳光产生氢，"Grimes说。"基本上，我们是指将水放在材料顶部，因此阳光可将水转变为氢和氧。"

"利用这项技术，我们的奈米管阵列、紫外线发光已具有13.1%的光转换效率。这意味着你从这个系统中的每一个光子获得许多氢。如果我们能成功地将这一能带隙转换成可见光谱，我们还将得到商业上实用的、可伸缩的透过太阳能产生氢的方法。"