前沿科技之管狀太陽能電池織成服裝

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有一組研究人員，來自佐治亞州（Georgia）亞特蘭大（Atlanta）佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology），他們最近開發出一種新方法，可以制備均勻的鈦白粉（TiO2）納米棒，是在碳纖維上制備。這種新方法具有幾個優點，勝過較常用的溶膠-凝膠法（sol-gel method），凝膠法需要高溫，而且可能導致材料裂縫。這項新的研究發表在最近一期的《美國化學學會雜志》（Journal of the American Chemical Society）上。
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“這項研究展示了一種創新的方法，用于培育成束的二氧化鈦納米棒，采用柔性襯底，可用于柔性設備，進行能量利用和儲存，”佐治亞理工學院研究人員說。

制備管狀太陽能電池具有挑戰性，這是因為需要多個步驟，其中包括把純鈦箔轉化成二氧化鈦納米棒，給碳纖維涂上納米棒，而且要均勻地把這些納米棒排列在纖維上。研究人員解釋說，有一種理想的方法，可以在碳纖維上制備二氧化鈦納米結構，這就是直接在纖維的表面進行培育。他們這樣做，在這里采用了“溶解和培育”的方法，把鈦轉化成垂直排列的單晶二氧化鈦納米棒，這是在碳纖維上進行的。
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+ ~' A/ U1 B! V- e+ P4 L. z 然后，為了進一步提高設備的性能，研究人員用“蝕刻和培育”方法，把這些納米棒蝕刻成矩形成束陣列，這要使用鹽酸（hydrochloric acid）熱液（hydrothermal）處理。），之后，研究人員實驗測試了太陽能電池的性能。結果表明，矩形成束的納米棒結構取得的能量轉換效率為1.28％，相比之下，非成束結構為0.76％。研究認為，這一差異是因為，成束的納米棒表面積較大，從而使更多的染料分子被吸收，可誘導更多的電子激發。

更大的表面積，使管狀太陽能電池能夠捕捉各個方向的陽光，這使它很有吸引力，可以用于強烈照射的陽光下。除了制作太陽能電池之外，這種方法在碳纖維上培育二氧化鈦納米線，可以進行擴展，用于制造光催化劑（photocatalysts）和鋰離子電池（lithium ion batteries）。但也許最獨特的應用是把它們編織成面料。
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5 ^1 v- Y/ _$ ~: _ “在未來，我們可能會引入碳纖維或其他碳材料，用為反電極（counter electrodes），用于這種配置，”研究人員說。“在這種情況下，我們可以制造染料敏化太陽能電池，只需采用碳材料和二氧化鈦，有可能用作布料和紙張。我們還計劃做一些混合產品，以獲取不同的能源，就采用這種配置。“

5 ^" s+ u- \% V- V$ y2 t# v( O( C 更多信息：《矩形成束金紅石二氧化鈦納米棒陣列生長在碳纖維上用于染料敏化太陽能電池》（Rectangular Bunched Rutile TiO2 Nanorod Arrays Grown on Carbon Fiber for Dye-Sensitized Solar Cells.）。《美國化學學會雜志》，2012年2月2日。

因為它們特殊的光伏應用，所以，柔性基板上培育一維單晶二氧化鈦納米結構，正在引起密切的關注。在這里，他們發表的研究，是一種長方形的成束二氧化鈦納米棒陣列，培育是在碳纖維上用鈦進行，采用了“溶解和培育”方法。用強酸性溶液腐蝕加工后，每一根納米棒都被蝕刻成大量的小納米線。管狀染料敏化太陽能電池的制備，要使用蝕刻過的二氧化鈦納米棒，涂在碳纖維上，用作光電陽極。絕對能量轉換效率為1.28％，測試采用了100 mW cm2 AM 1.5的光照強度。這項研究表明了一種創新方法，就是采用柔性基板，可以培育成束的二氧化鈦納米棒，用于柔性設備，進行能量收集和儲存。