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  据美国物理学家组织网近日报道,美国能源部布鲁克海文国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们研发出了一种可吸收光线并将其大面积转化成为电能的新型透明薄膜。这种薄膜以半导体和富勒烯为原料,具有微蜂窝结构。相关研究发表在最新一期的《材料化学》杂志上,论文称该技术可被用于开发透明的太阳能电池板,甚至还可以用这种材料制成可以发电的窗户。

  这种材料由掺杂碳富勒烯的半导体聚合物组成。在严格控制的条件下,该材料可通过自组装方式由一个微米尺度的六边形结构展开为一个数毫米大小布满微蜂窝结构的平面。

  负责该研究的美国布鲁克海文国家实验室多功能纳米材料中心的物理化学家米尔恰·卡特莱特说,虽然这种蜂窝状薄膜的制作采用了与传统高分子材料(如聚苯乙烯)类似的工艺,但以半导体和富勒烯为原料,并使其能够吸收光线产生电荷这还是第一次。

  据介绍,该材料之所以还能在外观上保持透明是因为聚合物链只与六边形的边缘紧密相连,而其余部分的结构则较为简单,以连接点为中心向外越来越薄。这种结构具有连接作用,同时具有较强的吸收光线的能力,也有利于传导电流,而其他部分相对较薄也更为透明,主要起透光的作用。

  研究人员通过一种十分独特的方式来编织这种蜂窝状薄膜:首先在包含聚合物以及富勒烯在内的溶液中加入一层极薄的微米尺度的小水滴。这些水滴在接触到聚合物溶液后就会自组装成大型阵列,而当溶剂完全蒸发后,就会形成一块大面积的六边形蜂窝状平面。此外,研究人员发现聚合物的形成与溶剂的蒸发速度紧密相关,这相应地又会决定最终材料的电荷传输速度。溶剂蒸发得越慢,聚合物的结构就越紧凑,电荷传输速度也就越快。

  “这是一种成本低廉而效益显著的制备方法,很有潜力从实验室应用到大规模商业化生产之中。”卡特莱特说。

  通过扫描探针式电子显微镜和荧光共焦扫描显微镜,研究人员证实了新材料蜂窝结构的均匀性,并对其不同部位(边缘、中心、节点)的光学性质和电荷产生情况进行了测试。

  卡特莱特表示:“我们的工作让人们对蜂窝结构的光学特征有了更深的了解。下一步我们计划将这种材料应用于透明且可卷曲的柔性太阳能电池以及其他设备的制造当中,以推动这种蜂窝薄膜尽快进入实用阶段。”

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