碳納米管電極。采用碳納米管有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。然而，在早期的設(shè)計(jì)（左）中，碳納米管會(huì)退化，這是因?yàn)橐恍┗瘜W(xué)過程（電子：電子，i3-：在液體中的離子）?，F(xiàn)在，使用鈦氧化物保護(hù)薄層，可以穩(wěn)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(yáng)能是最有前途的一種可再生能源，但是，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的成本高，至今一直限制著它的普及。為了提高太陽(yáng)能的競(jìng)爭(zhēng)力，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向開發(fā)染料敏化太陽(yáng)能電池，這種太陽(yáng)能電池使用低成本的有機(jī)染料和二氧化鈦（TiO2：titanium dioxide）納米粒子，取代昂貴的半導(dǎo)體和稀土元素，用以吸收陽(yáng)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(xiàn)在進(jìn)一步降低了染料敏化太陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)透明電極材料，而采用碳納米管。
典型的染料敏化太陽(yáng)能電池包含一個(gè)多孔層，上面的二氧化鈦納米粒子沉浸在一種有機(jī)染料中。這種染料吸收太陽(yáng)光，把這種能量轉(zhuǎn)換成電能，電流進(jìn)入二氧化鈦納米粒子。面向太陽(yáng)一面的太陽(yáng)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(dǎo)出太陽(yáng)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(yáng)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(dǎo)電性，而幾乎是透明的，柔韌性強(qiáng)，這使它們成為理想的材料，可用于透明電極。唯一的缺點(diǎn)是，這種光生（photo-generated）電荷載體在碳納米管中會(huì)重新結(jié)合染料中的離子，這會(huì)降低太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
為了克服這個(gè)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(fā)現(xiàn)，染料敏化太陽(yáng)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(fā)現(xiàn)，他們的新的染料敏化太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率只有1.8％，低于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池，這些傳統(tǒng)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(xué)透明度，這就限制了進(jìn)入電池的陽(yáng)光照射量。
“我們現(xiàn)在正在研究不同的方法，以提高薄膜的導(dǎo)電性和透明度，”黃兆紅說。“此外，我們計(jì)劃取代底部的鉑（platinum）電極，采用碳納米管薄膜，進(jìn)一步減少染料敏化太陽(yáng)能電池的成本。”
如果成功的話，這些成果會(huì)極大地影響染料敏化太陽(yáng)能電池的成本和穩(wěn)定性。
