納米線有望打破太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率

位于硅基片之上的納米線吸收太陽(yáng)射線。納米線極有可能成為未來(lái)太陽(yáng)能電池的發(fā)展主流。(自哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究所)

左圖為硅底質(zhì)上GaAs納米線晶體的掃描電子顯微鏡圖;中間為透射式電子顯微鏡下的單個(gè)納米線;右圖是在掃描透射電子顯微鏡下放大的晶體結(jié)構(gòu)。(自哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究所)

據(jù)《自然光子學(xué)》雜志最新發(fā)表的一項(xiàng)研究稱，納米線可吸收比普通太陽(yáng)光強(qiáng)度高14倍的太陽(yáng)光?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，未來(lái)納米線不僅在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，而且在量子計(jì)算機(jī)和其他電子產(chǎn)品中也有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯波爾研究院納米科學(xué)中心和瑞士洛桑理工學(xué)院的研究人員表示，由于納米線一些獨(dú)特的物理吸光性，使其突破了利用太陽(yáng)能的極限。尼爾斯波爾研究院的皮特﹒克羅格斯拉普(Peter Krogstrup)博士說(shuō)，此發(fā)現(xiàn)顯示了未來(lái)納米線太陽(yáng)能電池發(fā)展的巨大潛力。

近年來(lái)，科研人員一直在研究如何改善提高納米線晶體質(zhì)量。納米線晶體呈柱狀構(gòu)造，直徑為人頭發(fā)的萬(wàn)分之一。研究結(jié)果表明，納米線能夠在非常小的區(qū)域內(nèi)收集15倍的太陽(yáng)射線。由于納米線的直徑小于太陽(yáng)光的波長(zhǎng)，因此在納米線內(nèi)部和周圍能引起光強(qiáng)度共振。

克羅格斯拉普博士解釋說(shuō)，共振能夠集中太陽(yáng)光，太陽(yáng)光又轉(zhuǎn)化為能量，這樣太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率大大提高。此外，有瑞典科學(xué)家也表示，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的大量電力也使得太陽(yáng)光吸收進(jìn)入納米線。

克羅格斯拉普稱，多年來(lái)一直被視為太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率瓶頸的肖克利-奎伊瑟極限(SQ極限)看來(lái)有可能突破。盡管目前的研究結(jié)果只提高了幾個(gè)百分點(diǎn)，但是這對(duì)發(fā)展太陽(yáng)能電池、開發(fā)納米太陽(yáng)能射線以及全球能源開發(fā)將會(huì)產(chǎn)生重要影響，只是納米線太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。

所謂的肖克利?奎伊瑟效率極限測(cè)量約為33.5%，就是單個(gè)p-n結(jié)太陽(yáng)能電池。這意味著，如果太陽(yáng)能電池每平方米太陽(yáng)能可收集1000瓦，那么，它能產(chǎn)生的最大電力為每平方米335瓦左右。

本次研究合作單位包括半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)室、洛桑理工學(xué)院、丹麥太陽(yáng)能電池公司SunFlake A/S公司和基金會(huì)，研究?jī)?nèi)容和結(jié)果發(fā)表在1月份的《科學(xué)》雜志上。