可改變太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的單根納米

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽(yáng)能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開(kāi)始大力發(fā)展太陽(yáng)能能發(fā)電。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。

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;下圖是在掃描透射電子顯微鏡下放大的晶體結(jié)構(gòu)。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)3月24日?qǐng)?bào)道，一個(gè)來(lái)自丹麥和瑞士的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，單根納米線可聚集的太陽(yáng)光強(qiáng)度能達(dá)到普通光照強(qiáng)度的15倍，這一令人驚訝的研究成果在開(kāi)發(fā)以納米線為基礎(chǔ)的新型高效太陽(yáng)能電池方面潛力巨大，有可能使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換極限得以提高。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上。

納米線的結(jié)構(gòu)為圓柱狀，直徑約為人類(lèi)發(fā)絲的萬(wàn)分之一。納米線具有獨(dú)特的物理光吸收性能，有預(yù)測(cè)認(rèn)為，其在太陽(yáng)能電池以及未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)和其他電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方面具有廣闊的前景。近年來(lái)，丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·波爾研究所納米科學(xué)中心和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家一直在探索如何開(kāi)發(fā)納米線晶體并改善其質(zhì)量。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，納米線能夠?qū)⑻?yáng)光自然聚集到晶體中一個(gè)非常小的區(qū)域，聚光能力是普通光照強(qiáng)度的15倍。由于納米線晶體的直徑小于入射太陽(yáng)光的波長(zhǎng)，可以引起納米線晶體內(nèi)部以及周?chē)鈴?qiáng)的共振。該研究的參與者、剛剛獲得尼爾斯·波爾研究所博士學(xué)位的彼得·克洛格斯特拉普解釋說(shuō)，通過(guò)共振散發(fā)出的光子更加集中(太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換正是在散發(fā)光子的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的)，這有助于提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率，從而使得基于納米線的太陽(yáng)能電池技術(shù)得到真正的提升。

典型的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率極限，也就是所謂的肖克利·奎伊瑟效率極限(Shockley-Queisser Limit)，多年來(lái)一直是太陽(yáng)能電池效率的瓶頸，但現(xiàn)在看來(lái)，這項(xiàng)新研究很有可能使這一轉(zhuǎn)換效率極限提高幾個(gè)百分點(diǎn)。

對(duì)研究人員而言，能夠突破理論極限無(wú)疑是令人興奮的。幾個(gè)百分點(diǎn)聽(tīng)上去雖然不多，但卻會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)展、基于納米線的太陽(yáng)能的利用以及全球的能源開(kāi)發(fā)等產(chǎn)生重大影響。不過(guò)，克洛格斯特拉普表示，納米線構(gòu)成的太陽(yáng)能電池投入產(chǎn)業(yè)化還需要等幾年時(shí)間。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類(lèi)利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。