美國研發(fā)納米太陽能電池 粗細為頭發(fā)兩萬分之一
美國科學(xué)家研發(fā)出一種直徑僅有人類頭發(fā)兩萬分之一的太陽能電池。這種新型電池不僅可以作為電子元件用于微型電路，還是首例能夠獨立完成光電轉(zhuǎn)化的納米級設(shè)備。
形似同軸電纜
這種新型納米太陽能電池由哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·萊貝爾與同事共同完成。英國《自然》周刊18日刊登研究論文，詳細介紹它的結(jié)構(gòu)和工作原理。
新型電池是一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米線，形似用于有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜。但它的直徑只有同軸電纜的10萬分之一，肉眼幾乎不可見，且采用3種具有不同導(dǎo)電性能的光敏硅材料為主材。電池核心是直徑約100納米、覆有硼涂層的長條狀硅晶體，外面包裹兩層分別厚50納米的多晶硅層，其中最外一層硅材料覆有磷涂層。
陽光照射納米線時，帶負電的電子離開硅晶體，形成正極微孔，也稱空穴。電子穿過硅層向外移動，與電子數(shù)量相等但極性相反的空穴則向納米線核心移動。當(dāng)納米線與電路接通時，電子和空穴的移動產(chǎn)生電流，把光能轉(zhuǎn)化為電能。
擁有三大優(yōu)點
萊貝爾說，在此之前已有科學(xué)家試圖研發(fā)出納米級光電設(shè)備。但所用材料多為有機化合物與半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)的混合物，不僅能量轉(zhuǎn)化效率低下，還容易在陽光照射下降解。
相比之下，新型納米太陽能電池至少有三大優(yōu)點。首先，新型電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高，一般能達到3%以上，最高時能達到5%。其次，新型電池以硅材料為主材，能夠承受集中光照而不受蝕分解。此外，新型電池的制作成本低廉，與其他光電設(shè)備相差無幾。
而從環(huán)保角度而言，新型電池作為一種電子元件具備用能清潔、高效、可再生的優(yōu)點。
萊貝爾接受法新社采訪時說：“雖然單獨一個納米電子元件耗能很少，但是具備特定用途的電路需要由許多元件相互連接組成，因此即使是納米結(jié)構(gòu)，耗能也頗為可觀。”這種情況下，與“笨重、昂貴、不可再生”的傳統(tǒng)能源相比，新型電池所用能源更為先進。
還有潛力待挖
與現(xiàn)在已有民用太陽能電池20%的光電轉(zhuǎn)化率相比，新型納米電池還存在一定差距，但是萊貝爾相信，新型電池在提高效能方面還有潛力可挖。
萊貝爾和同事下一步研究目標之一，就是要想辦法克服新型電池晶體現(xiàn)存缺陷，提高它的能量轉(zhuǎn)化效率。他說：“我們的目標是(把效率)提高到15%。”
此外，萊貝爾認為新型電池在為納米電子設(shè)備供能方面也達到了一定高度。研究表明，新型電池能夠利用陽光獨立產(chǎn)生200皮瓦功率，足以為微型電路持續(xù)穩(wěn)定供能。
萊貝爾說，未來不到10年時間內(nèi)，不論是在民用設(shè)備領(lǐng)域、生物恐怖主義監(jiān)控領(lǐng)域還是內(nèi)科診斷領(lǐng)域，這種微型電池技術(shù)有望發(fā)揮核心作用。
形似同軸電纜
這種新型納米太陽能電池由哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·萊貝爾與同事共同完成。英國《自然》周刊18日刊登研究論文，詳細介紹它的結(jié)構(gòu)和工作原理。
新型電池是一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米線，形似用于有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜。但它的直徑只有同軸電纜的10萬分之一，肉眼幾乎不可見，且采用3種具有不同導(dǎo)電性能的光敏硅材料為主材。電池核心是直徑約100納米、覆有硼涂層的長條狀硅晶體，外面包裹兩層分別厚50納米的多晶硅層，其中最外一層硅材料覆有磷涂層。
陽光照射納米線時，帶負電的電子離開硅晶體，形成正極微孔，也稱空穴。電子穿過硅層向外移動，與電子數(shù)量相等但極性相反的空穴則向納米線核心移動。當(dāng)納米線與電路接通時，電子和空穴的移動產(chǎn)生電流，把光能轉(zhuǎn)化為電能。
擁有三大優(yōu)點
萊貝爾說，在此之前已有科學(xué)家試圖研發(fā)出納米級光電設(shè)備。但所用材料多為有機化合物與半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)的混合物，不僅能量轉(zhuǎn)化效率低下，還容易在陽光照射下降解。
相比之下，新型納米太陽能電池至少有三大優(yōu)點。首先，新型電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高，一般能達到3%以上，最高時能達到5%。其次，新型電池以硅材料為主材，能夠承受集中光照而不受蝕分解。此外，新型電池的制作成本低廉，與其他光電設(shè)備相差無幾。
而從環(huán)保角度而言，新型電池作為一種電子元件具備用能清潔、高效、可再生的優(yōu)點。
萊貝爾接受法新社采訪時說：“雖然單獨一個納米電子元件耗能很少，但是具備特定用途的電路需要由許多元件相互連接組成，因此即使是納米結(jié)構(gòu)，耗能也頗為可觀。”這種情況下，與“笨重、昂貴、不可再生”的傳統(tǒng)能源相比，新型電池所用能源更為先進。
還有潛力待挖
與現(xiàn)在已有民用太陽能電池20%的光電轉(zhuǎn)化率相比，新型納米電池還存在一定差距，但是萊貝爾相信，新型電池在提高效能方面還有潛力可挖。
萊貝爾和同事下一步研究目標之一，就是要想辦法克服新型電池晶體現(xiàn)存缺陷，提高它的能量轉(zhuǎn)化效率。他說：“我們的目標是(把效率)提高到15%。”
此外，萊貝爾認為新型電池在為納米電子設(shè)備供能方面也達到了一定高度。研究表明，新型電池能夠利用陽光獨立產(chǎn)生200皮瓦功率，足以為微型電路持續(xù)穩(wěn)定供能。
萊貝爾說，未來不到10年時間內(nèi)，不論是在民用設(shè)備領(lǐng)域、生物恐怖主義監(jiān)控領(lǐng)域還是內(nèi)科診斷領(lǐng)域，這種微型電池技術(shù)有望發(fā)揮核心作用。
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