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雖然碳納米管提供了有趣的物理特性，但無機(jī)太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)仍然比較低。意大利帕勒莫大學(xué)Bruno Pignataro教授說：“就PCE來說，像是碳納米管這樣的有機(jī)材料，與無機(jī)太陽能電池材料(PCE大40%)相比沒有競爭力。然而，它們可以用于柔性/塑料太陽能電池，因?yàn)檫@些材料很穩(wěn)定，可以在低溫環(huán)境下進(jìn)行處理而不用改變塑料基板。”

在第一個(gè)10年，CNT基太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率一直在1%左右徘徊，一些研究人員擔(dān)心已經(jīng)到了頂點(diǎn)。但是，最近幾個(gè)月發(fā)表的論文表明，實(shí)現(xiàn)效率的大飛躍仍然是有可能的。最近的研究進(jìn)展大致分為兩類：一個(gè)是將碳納米管薄膜集成在傳統(tǒng)的太陽能器件上，另一個(gè)是用單個(gè)或多個(gè)納米管制備結(jié)構(gòu)。麥考密克工程學(xué)院材料科學(xué)工程教授Mark Hersam博士和他的西北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與來自堪薩斯大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員，合作研發(fā)的新型碳納米管太陽能電池。這種電池得益于聚手性，或叫多手性，和半導(dǎo)體納米管的混合物。混合物結(jié)構(gòu)采用多層富勒烯和直徑0.8~1.2nm的單壁碳納米管，吸收范圍延伸到近紅外波段，

　　圖2 富勒烯光敏材料衍生物

　　圖3 非共價(jià)雜化衍生物：通過與芘基團(tuán)在側(cè)壁的相互作用，金納米顆粒附著在碳納米管上

將光電流最大化。電池的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到是3.1%。對于碳納米管太陽能電池的效率，這是一個(gè)令人印象深刻的飛躍，但與其他材料(例如硅)相比，仍然有差距。相關(guān)成果發(fā)表在NanoLetters期刊(doi：10.1021/nl5027452)。Hersam的團(tuán)隊(duì)下一步是制備有多層結(jié)構(gòu)的聚手性碳納米管太陽能電池，多層結(jié)構(gòu)需要針對太陽光譜中特定部分做優(yōu)化，從而能夠利用到更多的光。為了完善補(bǔ)充對碳納米管的研究，對其他方案也進(jìn)行了嘗試，包括與其他材料整合，例如有機(jī)或無機(jī)半導(dǎo)體。但是，極高的轉(zhuǎn)化效率不會(huì)一直是必須要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，碳納米管有很多其他的優(yōu)點(diǎn)(正如之前討論的)，這些優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了它們目前在效率上的缺陷。

雖然生產(chǎn)碳納米管可能比硅便宜，但它自身有一些缺點(diǎn)，其中包括與它們的合成、提純、功能化、加工和器件集成相關(guān)的問題。Hersam的團(tuán)隊(duì)說：“這個(gè)場——通常這種碳納米管場是真存在的——最大的挑戰(zhàn)之一是制備大尺寸單手性(納米)單壁碳納米管的能力。”更重要的是，單壁碳納米管從納米尺度的物體到大尺度薄膜的制備是一個(gè)挑戰(zhàn)。如果有方法可以將單壁碳納米管按照需要的特定手性進(jìn)行制備，將會(huì)真正迎來一個(gè)飛躍。在其他研究中，將碳納米管與其他半導(dǎo)體模型(例如，硅)相結(jié)合，初步獲得的結(jié)果令人鼓舞。舉個(gè)例子，納米管-異質(zhì)結(jié)太陽能電池，已經(jīng)證明轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)14%左右。