美國能源部布魯克海文國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家們研發(fā)出了一種可吸收光線并將其大面積轉化成為電能的新型透明薄膜。這種薄膜以半導體和富勒烯為原料，具有微蜂窩結構。相關研究發(fā)表在最新一期的《材料化學》雜志上，論文稱該技術可被用于開發(fā)透明的太陽能電池板，甚至還可以用這種材料制成可以發(fā)電的窗戶。
這種材料由摻雜碳富勒烯的半導體聚合物組成。在嚴格控制的條件下，該材料可通過自組裝方式由一個微米尺度的六邊形結構展開為一個數(shù)毫米大小布滿微蜂窩結構的平面。
負責該研究的美國布魯克海文國家實驗室多功能納米材料中心的物理化學家米爾恰·卡特萊特說，雖然這種蜂窩狀薄膜的制作采用了與傳統(tǒng)高分子材料（如聚苯乙烯）類似的工藝，但以半導體和富勒烯為原料，并使其能夠吸收光線產生電荷這還是第一次。
據介紹，該材料之所以還能在外觀上保持透明是因為聚合物鏈只與六邊形的邊緣緊密相連，而其余部分的結構則較為簡單，以連接點為中心向外越來越薄。這種結構具有連接作用，同時具有較強的吸收光線的能力，也有利于傳導電流，而其他部分相對較薄也更為透明，主要起透光的作用。
研究人員通過一種十分獨特的方式來編織這種蜂窩狀薄膜：首先在包含聚合物以及富勒烯在內的溶液中加入一層極薄的微米尺度的小水滴。這些水滴在接觸到聚合物溶液后就會自組裝成大型陣列，而當溶劑完全蒸發(fā)后，就會形成一塊大面積的六邊形蜂窩狀平面。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物的形成與溶劑的蒸發(fā)速度緊密相關，這相應地又會決定最終材料的電荷傳輸速度。溶劑蒸發(fā)得越慢，聚合物的結構就越緊湊，電荷傳輸速度也就越快。
“這是一種成本低廉而效益顯著的制備方法，很有潛力從實驗室應用到大規(guī)模商業(yè)化生產之中。”卡特萊特說。
通過掃描探針式電子顯微鏡和熒光共焦掃描顯微鏡，研究人員證實了新材料蜂窩結構的均勻性，并對其不同部位（邊緣、中心、節(jié)點）的光學性質和電荷產生情況進行了測試。
卡特萊特表示：“我們的工作讓人們對蜂窩結構的光學特征有了更深的了解。下一步我們計劃將這種材料應用于透明且可卷曲的柔性太陽能電池以及其他設備的制造當中，以推動這種蜂窩薄膜盡快進入實用階段。”
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