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氧化鈦奈米管可有效降低太陽能電池的成本

來源:鈦,鈦棒,鈦板,鈦合金,鈦管,鈦絲,鈦設備 發布時間:2012-6-7 15:50:24
上世紀人類就開始探索可再生能源,太陽能利用可謂是重中之重,在這些年的探索中,太陽能的利用有了長足發展,其中光伏產業的興起,帶動了新產業鏈的誕生。氧化奈米管的研制成功,標志著太陽能電池成本的降低,對這個行業來說,起到了帶動作用。

早期的研究
 2001年,Grimes的研究小組論證了在矽微電子上整合碳奈米管的可行性,透過在矽基板上調整頂部開口的碳奈米管,采用奈米多孔、經過陽極電鍍的氧化鋁板。當時,研究證實了他們能用預先定型的氧化鋁板控制奈米管陣列的直徑、長度和密度。
 
 Grimes預測,同一方法將適于排列更加整齊的氧化鈦奈米管陣列,用于染料敏化太陽能電池。「我們研究的技術重要性在于我們能制造這種真正薄的陰極──360奈米厚──與常規染料太陽能電池相較,可大幅提升電流密度,」Grimes說。
 
下一步,賓州研究小組期望加長氧化鈦奈米管來增強其效率。「我們已經培育出非常整齊的碳奈米管陣列,長達6微米,當你由我們現有的氧化鈦奈米管原型推斷那么長的奈米管時,你會得到顯著的光電效率。」奈米管還開啟了直接將水轉換為氫氧的可能性。奈米管中空的內部核心將被用于儲存自由氫原子。
 
 該小組進行的實驗顯示,高整齊度排列的氧化鈦奈米管陣列當用紫外光照射時能制成氫。目前的任務是將該流程轉換為可見光譜,有潛力創造一種由太陽能產生氫的實用商業化方法。 Grimes的研究團隊研究資金來自美國國家科技基金會、賓州氫中心和材料研究院。
研發及利用
染料敏化(dye-sensitized)的太陽能電池為再生能源提供了低成本選擇,但其效率最高達到令人沮喪的11美分。如今,賓州大學的一個計劃提議,將氧化鈦(titaniatitanium oxide)奈米管陣列組合可望提供所需的效率,從而促進了電池的商用化。
 
 "我們已經開發了非常整齊的奈米管陣列,長6.4微米。把這些薄膜整合在染料太陽能電池內將使我們從這種低成本太陽光電池技術獲得顯著的光轉換效率,可能在20 %的范圍內,"賓州大學電氣工程和材料科學工程教授Craig Grimes表示。他聲稱,這種材料的「理想極限」是33%。
 
  Grimes的透明奈米管構成了實驗染料太陽能電池的陰極,并提供電子過濾的有效技術。他透露,該小組獲得2.9%的光轉換效率,電極長度只有360奈米,他預測當奈米管長度增大時,效率可達到20% Grimes的研究小組還計劃利用該技術進行實驗,從太陽能電池制造出氫燃料。
 
 "這是一種用于分解水的令人訝異的材料結構──即,透過分離水使陽光產生氫,"Grimes說。 "基本上,我們是指將水放在材料頂部,因此陽光可將水轉變為氫和氧。"
 
 "利用這項技術,我們的奈米管陣列、紫外線發光已具有13.1%的光轉換效率。這意味著你從這個系統中的每一個光子獲得許多氫。如果我們能成功地將這一能帶隙轉換成可見光譜,我們還將得到商業上實用的、可伸縮的透過太陽能產生氫的方法。"
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