美国发现适用于光伏系统的半导体纳米管

美国能源部的国家可再生能源实验室的研究人员发现单壁碳纳米管的半导体对于光伏系统大有益处，因为它们可以在不损失太多能量的情况下将太阳光转化为电力或燃料。这项研究建立在诺贝尔得主鲁道夫·马库斯的研究基础之上，马库斯研究了物理化学的基本原则，解释了电子转移速度。但是很少有人将马库斯的成果用于研究将光诱导电子转移用于新兴的有机半导体，例如可用于有机光伏器件中的单壁碳纳米管。

在有机光伏器件中，光子被吸收后，电荷（电子和空穴）一般需要穿过接口被分离，由此才能长久存在直到被收集为电流。电子转移在产生这些分离电荷时容易造成能量损失，因为参与的分子需要进行结构重组。这种能量损失被称为重组能，但是可再生能源实验室的研究人员发现当将单壁碳纳米管半导体与富勒烯分子进行配对时，损失的能量非常少。这项研究的发现就是特定的系统——富勒烯纳米管，有着非常低的重组能，而且纳米管本身可能只有非常非常低的重组能。

有机光伏器件包含一个施主和受体之间的接口。在这种情况下，单壁碳纳米管充当施主，因为它给了受体（富勒烯）一个电子。可再生能源实验室的研究人员与科罗拉多州立大学的同事开展了战略性合作，利用各自的专长来制造定义明确、能级高度可调的施主和受体：可再生能源实验室制造半导体单壁碳纳米管施主，科罗拉多州立大学制造富勒烯受体。这种合作关系使得可再生能源实验室的研究人员能够确定电子转移不会造成与重组有关的大量能量损失，也就意味着可以更有效地收集太阳能。正是出于这个原因，单壁碳纳米管的半导体有益于光伏应用。