可改變太陽能轉(zhuǎn)換效率的單根納米

隨著社會的進步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。位于硅基片之上的納米線吸收太陽射線。納米線極有可能成為未來太陽能電池的發(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納米線;下圖是在掃描透射電子顯微鏡下放大的晶體結構。

據(jù)物理學家組織網(wǎng)3月24日報道，一個來自丹麥和瑞士的聯(lián)合研究團隊已經(jīng)證明，單根納米線可聚集的太陽光強度能達到普通光照強度的15倍，這一令人驚訝的研究成果在開發(fā)以納米線為基礎的新型高效太陽能電池方面潛力巨大，有可能使太陽能轉(zhuǎn)換極限得以提高。相關論文發(fā)表在《自然·光子學》雜志上。

納米線的結構為圓柱狀，直徑約為人類發(fā)絲的萬分之一。納米線具有獨特的物理光吸收性能，有預測認為，其在太陽能電池以及未來的量子計算機和其他電子產(chǎn)品的開發(fā)方面具有廣闊的前景。近年來，丹麥哥本哈根大學尼爾斯·波爾研究所納米科學中心和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的科學家一直在探索如何開發(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柟庾匀痪奂骄w中一個非常小的區(qū)域，聚光能力是普通光照強度的15倍。由于納米線晶體的直徑小于入射太陽光的波長，可以引起納米線晶體內(nèi)部以及周圍光強的共振。該研究的參與者、剛剛獲得尼爾斯·波爾研究所博士學位的彼得·克洛格斯特拉普解釋說，通過共振散發(fā)出的光子更加集中(太陽能的轉(zhuǎn)換正是在散發(fā)光子的過程中實現(xiàn)的)，這有助于提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，從而使得基于納米線的太陽能電池技術得到真正的提升。

典型的太陽能轉(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)，多年來一直是太陽能電池效率的瓶頸，但現(xiàn)在看來，這項新研究很有可能使這一轉(zhuǎn)換效率極限提高幾個百分點。

對研究人員而言，能夠突破理論極限無疑是令人興奮的。幾個百分點聽上去雖然不多，但卻會對太陽能電池的發(fā)展、基于納米線的太陽能的利用以及全球的能源開發(fā)等產(chǎn)生重大影響。不過，克洛格斯特拉普表示，納米線構成的太陽能電池投入產(chǎn)業(yè)化還需要等幾年時間。相信再過幾年到幾十年，當人類利用太陽能的技術很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當下就需要研究者更加努力研究新技術。