富勒烯材料導(dǎo)電性能極大提升 有望改變太陽能電池和半導(dǎo)體行業(yè)游戲規(guī)則

:《自然》雜志18日(北京時間)發(fā)表了美國密歇根大學(xué)開發(fā)的一種新方法，誘導(dǎo)電子在有機材料富勒烯中“穿行”，距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前認(rèn)為的極限。這項研究提升了有機材料應(yīng)用于太陽能電池和半導(dǎo)體制造的潛力，或?qū)⒏淖兿嚓P(guān)行業(yè)游戲規(guī)則。

與當(dāng)今廣泛應(yīng)用的無機太陽能電池不同，有機物可以制成便宜的柔性碳基材料，如塑料，制造商能大量生產(chǎn)各種顏色和配置的成卷材料，并將其無縫層壓到幾乎任何表面上。然而有機物的導(dǎo)電性較差，阻礙了相關(guān)研究進(jìn)展。多年來，有機物的不良導(dǎo)電性被看作是不可避免的，但情況并非總是如此。最新研究發(fā)現(xiàn)，電子在富勒烯薄層中可以移動幾厘米，這簡直不可思議。在現(xiàn)在的有機電池中，電子只能行進(jìn)幾百納米甚至更少。

電子從一個原子移動到另一個原子，形成太陽能電池或電子元件中的電流。在無機太陽能電池和其他半導(dǎo)體中，硅材料被廣泛應(yīng)用，其緊密結(jié)合的原子網(wǎng)絡(luò)，讓電子很容易穿過去;但有機材料在單個分子間有很多松散的連接鍵，會捕獲電子，這是有機物的致命弱點。

不過，最新發(fā)現(xiàn)表明，根據(jù)具體應(yīng)用調(diào)整富勒烯材料導(dǎo)電性是可能的。在有機半導(dǎo)體中讓電子自由運動，具有深遠(yuǎn)影響。例如，目前有機太陽能電池表面必須覆蓋一層導(dǎo)電電極，從產(chǎn)生電子的位置收集電子，但自由移動的電子允許在遠(yuǎn)離電極的位置收集電子。另一方面，制造商也可將導(dǎo)電電極縮小到幾乎看不見的網(wǎng)絡(luò)中，為在窗戶和其他表面使用透明電池單元鋪平道路。

新發(fā)現(xiàn)為有機太陽能電池和半導(dǎo)體器件設(shè)計人員開辟了新天地，遠(yuǎn)程電子傳輸?shù)目赡苄詾槠骷軜?gòu)帶來多種可能性。它能將太陽能電池放在建筑外墻或窗戶等日用品上，并以廉價且?guī)缀蹩床灰姷姆绞桨l(fā)電。

據(jù)了解，該研究題目是《光電有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的厘米級電子擴(kuò)散》，獲得了美國能源部SunShot計劃和空軍辦公室的支持。