基于鈣鈦礦的廉價柔性纖維太陽能電池

基于鈣鈦礦的廉價柔性纖維太陽能電池

　　對植入衣服的小型電子設備來說，紡織物太陽能電池是理想的電源。在應用化學雜志上，中國科學家介紹了纖維形式的新型太陽能電池，它們可被編織到紡織物中。這種柔韌同軸的電池基于鈣鈦礦材料和碳納米管；因為具有高達3.3 %的能量轉化效率和低制造成本，讓它們脫穎而出。

　　太陽能電池的尷尬境地是：它們或者廉價低效，或者高效昂貴。鈣鈦礦材料比硅晶體便宜，并且不需要昂貴的添加物，用它們制成太陽能電池或許會是一種解決方案。鈣鈦礦是具有特殊晶體結構的材料，就像是鈦酸鈣。這些結構通常會形成半導體，并能相對高效地吸光。更重要的是，在回復到基態并占據固定的位置之前，它們可以通過光照在晶格間長距離輸送電子，這在太陽能電池中是一個非常重要的性質。

　　上海復旦大學Hisheng Peng領導的團隊已經研制出基于鈣鈦礦的太陽能電池，它的形式是可被編織在電子紡織品中的柔性纖維。因為用了一種基于溶液的方法來構建分層，它們的生產過程相對簡單廉價。

　　電池的正極是一條優質的不銹鋼絲，其上涂了一層緊密的n型二氧化鈦半導體層。半導體層上又沉積了一層多孔的納米晶二氧化鈦，這為后續鈣鈦礦材料CH3NH3PbI3的沉積提供了巨大的表面。在CH3NH3PbI3之上是特殊的有機材料層。最后，一層有序排列的碳納米管連續纏繞在整個結構上充當負極。所形成的纖維足夠優質柔韌，并可被編織到紡織物中。

　　鈣鈦礦層吸收光，使得電子受激發射，造成電子和帶正電的“空穴”之間電荷分離。電子進入致密二氧化鈦層的導帶，并移向正極，“空穴”則被有機材料層捕獲。碳納米管負極的巨大表面積和高電導率有助于高光電電流電荷的快速傳導。這種纖維太陽能電池具有3.3 %的能量轉化效率，超過了之前所有由染料或聚合物制成的同軸纖維太陽能電池。