富勒烯材料导电性能极大提升 有望改变太阳能电池和半导体行业游戏规则

《自然》杂志18日(北京时间)发表了美国密歇根大学开发的一种新方法，诱导电子在有机材料富勒烯中“穿行”，距离远远超过此前认为的极限。这项研究提升了有机材料应用于太阳能电池和半导体制造的潜力，或将改变相关行业游戏规则。

与当今广泛应用的无机太阳能电池不同，有机物可以制成便宜的柔性碳基材料，如塑料，制造商能大量生产各种颜色和配置的成卷材料，并将其无缝层压到几乎任何表面上。然而有机物的导电性较差，阻碍了相关研究进展。多年来，有机物的不良导电性被看作是不可避免的，但情况并非总是如此。最新研究发现，电子在富勒烯薄层中可以移动几厘米，这简直不可思议。在现在的有机电池中，电子只能行进几百纳米甚至更少。

电子从一个原子移动到另一个原子，形成太阳能电池或电子元件中的电流。在无机太阳能电池和其他半导体中，硅材料被广泛应用，其紧密结合的原子网络，让电子很容易穿过去;但有机材料在单个分子间有很多松散的连接键，会捕获电子，这是有机物的致命弱点。

不过，最新发现表明，根据具体应用调整富勒烯材料导电性是可能的。在有机半导体中让电子自由运动，具有深远影响。例如，目前有机太阳能电池表面必须覆盖一层导电电极，从产生电子的位置收集电子，但自由移动的电子允许在远离电极的位置收集电子。另一方面，制造商也可将导电电极缩小到几乎看不见的网络中，为在窗户和其他表面使用透明电池单元铺平道路。

新发现为有机太阳能电池和半导体器件设计人员开辟了新天地，远程电子传输的可能性为器件架构带来多种可能性。它能将太阳能电池放在建筑外墙或窗户等日用品上，并以廉价且几乎看不见的方式发电。

据了解，该研究题目是《光电有机异质结构中的厘米级电子扩散》，获得了美国能源部SunShot计划和空军办公室的支持。