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電荷載體在碳納米管中會重新結合染料中的離子，這會降低太陽能電池的能量轉換效率，因此，需要把二氧化鈦薄膜放在碳納米管薄膜和多孔層之間。
碳納米管電極。采用碳納米管有顯著的成本優勢。然而，在早期的設計（左）中，碳納米管會退化，這是因為一些化學過程（電子：電子，i3-：在液體中的離子）。現在，使用鈦氧化物保護薄層，可以穩定碳納米管（右），提高了這些電池的性能。來源：新加坡科技研究署
太陽能是最有前途的一種可再生能源，但是，傳統的太陽能電池的成本高，至今一直限制著它的普及。為了提高太陽能的競爭力，科學家們轉向開發染料敏化太陽能電池，這種太陽能電池使用低成本的有機染料和二氧化鈦（TiO2：titanium dioxide）納米粒子，取代昂貴的半導體和稀土元素，用以吸收陽光。新加坡科技研究署（A*STAR）材料研究與工程所的黃兆紅（Zhaohong Huang）和同事，現在進一步降低了染料敏化太陽能電池的成本，他們甚至取代了銦錫氧化物（ITO：ndium tin oxide）這種標準透明電極材料，而采用碳納米管。
典型的染料敏化太陽能電池包含一個多孔層，上面的二氧化鈦納米粒子沉浸在一種有機染料中。這種染料吸收太陽光，把這種能量轉換成電能，電流進入二氧化鈦納米粒子。面向太陽一面的太陽能電池，通常覆蓋透明電極，可攜帶電荷載體，離開二氧化鈦，并導出太陽能電池。“不幸的是，銦錫氧化物電極脆弱易碎，”黃兆紅說，“它們也很昂貴，可能占染料敏化太陽能電池總成本的60％。”
因此，黃兆紅和他的研究小組取代銦錫氧化物電極，采用碳納米管薄膜。碳納米管具有導電性，而幾乎是透明的，柔韌性強，這使它們成為理想的材料，可用于透明電極。唯一的缺點是，這種光生（photo-generated）電荷載體在碳納米管中會重新結合染料中的離子，這會降低太陽能電池的能量轉換效率。
為了克服這個問題，黃兆紅和他的研究小組把二氧化鈦薄膜放在碳納米管薄膜和多孔層之間。他們發現，染料敏化太陽能電池采用二氧化鈦薄膜，性能顯著提高，勝過那些沒采用的電池。然而，他們也發現，他們的新的染料敏化太陽能電池，太陽能轉換效率只有1.8％，低于傳統的太陽能電池，這些傳統電池都使用ITO電極。這是由于較高的電阻，而且降低了碳納米管薄膜的光學透明度，這就限制了進入電池的陽光照射量。
“我們現在正在研究不同的方法，以提高薄膜的導電性和透明度，”黃兆紅說。“此外，我們計劃取代底部的鉑（platinum）電極，采用碳納米管薄膜，進一步減少染料敏化太陽能電池的成本。”
如果成功的話，這些成果會極大地影響染料敏化太陽能電池的成本和穩定性。
更多信息：《染料敏化太陽能電池采用鈦氧化物改進的碳納米管透明電極》（Dye-sensitized solar cell with a titanium-oxide-modified carbon nanotube transparent electrode），發表于《應用物理快報》（Applied Physics Letters）雜志。
本文為麻省理工《科技創業》原創文章，未經書面許可，嚴禁轉載使用。
碳納米管電極。采用碳納米管有顯著的成本優勢。然而，在早期的設計（左）中，碳納米管會退化，這是因為一些化學過程（電子：電子，i3-：在液體中的離子）。現在，使用鈦氧化物保護薄層，可以穩定碳納米管（右），提高了這些電池的性能。來源：新加坡科技研究署
太陽能是最有前途的一種可再生能源，但是，傳統的太陽能電池的成本高，至今一直限制著它的普及。為了提高太陽能的競爭力，科學家們轉向開發染料敏化太陽能電池，這種太陽能電池使用低成本的有機染料和二氧化鈦（TiO2：titanium dioxide）納米粒子，取代昂貴的半導體和稀土元素，用以吸收陽光。新加坡科技研究署（A*STAR）材料研究與工程所的黃兆紅（Zhaohong Huang）和同事，現在進一步降低了染料敏化太陽能電池的成本，他們甚至取代了銦錫氧化物（ITO：ndium tin oxide）這種標準透明電極材料，而采用碳納米管。
典型的染料敏化太陽能電池包含一個多孔層，上面的二氧化鈦納米粒子沉浸在一種有機染料中。這種染料吸收太陽光，把這種能量轉換成電能，電流進入二氧化鈦納米粒子。面向太陽一面的太陽能電池，通常覆蓋透明電極，可攜帶電荷載體，離開二氧化鈦，并導出太陽能電池。“不幸的是，銦錫氧化物電極脆弱易碎，”黃兆紅說，“它們也很昂貴，可能占染料敏化太陽能電池總成本的60％。”
因此，黃兆紅和他的研究小組取代銦錫氧化物電極，采用碳納米管薄膜。碳納米管具有導電性，而幾乎是透明的，柔韌性強，這使它們成為理想的材料，可用于透明電極。唯一的缺點是，這種光生（photo-generated）電荷載體在碳納米管中會重新結合染料中的離子，這會降低太陽能電池的能量轉換效率。
為了克服這個問題，黃兆紅和他的研究小組把二氧化鈦薄膜放在碳納米管薄膜和多孔層之間。他們發現，染料敏化太陽能電池采用二氧化鈦薄膜，性能顯著提高，勝過那些沒采用的電池。然而，他們也發現，他們的新的染料敏化太陽能電池，太陽能轉換效率只有1.8％，低于傳統的太陽能電池，這些傳統電池都使用ITO電極。這是由于較高的電阻，而且降低了碳納米管薄膜的光學透明度，這就限制了進入電池的陽光照射量。
“我們現在正在研究不同的方法，以提高薄膜的導電性和透明度，”黃兆紅說。“此外，我們計劃取代底部的鉑（platinum）電極，采用碳納米管薄膜，進一步減少染料敏化太陽能電池的成本。”
如果成功的話，這些成果會極大地影響染料敏化太陽能電池的成本和穩定性。
更多信息：《染料敏化太陽能電池采用鈦氧化物改進的碳納米管透明電極》（Dye-sensitized solar cell with a titanium-oxide-modified carbon nanotube transparent electrode），發表于《應用物理快報》（Applied Physics Letters）雜志。
本文為麻省理工《科技創業》原創文章，未經書面許可，嚴禁轉載使用。
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