鉅大LARGE | 點擊量:1335次 | 2020年04月10日
太陽能儲能電池的福音:砷化鎵納米線
人類一直在思考怎么樣才能更好地低成本利用太陽能這個問題。為了尋找答案,LSMC實驗室的AnnaFontcuberta和她的研究小組正在尋找一種全新的方法制造太陽能電池。AnnaFontcuberta的研究著重于制造半導體結(jié)構(gòu)新方法的工程學方面,重要利用的是納米技術(shù)。
半導體技術(shù)的全方位發(fā)展,物理性能方面的挖掘,使得半導體與生活息息相關(guān)。微波爐、汽車電子、DVD播放機、計算機等等,正在影響并將改變我們的生活。
LSMC的工作重要在納米線的幾何結(jié)構(gòu)方面。這些針狀的晶體(納米線)直徑在20到100納米之間,長度在幾個微米的量級。研究的目的是提升這些材料本身的性能,從而加深對材料性質(zhì)的了解并加以運用,開發(fā)出新的制備方法。在所有的應用之中最值得關(guān)注的就是納米線在太陽能電池上的運用。全世界都在熱捧綠色能源的大形勢下,納米線太陽能電池具有很好的社會價值以及大規(guī)模運用的前景。Fontcuberta教授說:"我們研究的納米線電池是基于砷化鎵的,砷化鎵是一種具有非常理想的光電轉(zhuǎn)換性能的半導體材料。"
最早的砷化鎵運用是1990年衛(wèi)星上的太陽能電池,以及后來火星探測機器人上的供電裝置。在LMSC,砷和鎵原子被重新排列加工,這些原子自組織起來形成線狀,這差別于自然環(huán)境下交織起來形成層狀。這種新穎的三維幾何結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)可以更加好的吸收太陽光,這種吸收效率和硅相似,但是耗費的材料更少。每一個垂直的納米線都是一個獨立的器件并且可以出現(xiàn)電流。結(jié)合小尺度的納米線以及根本上發(fā)生變化變化的三維幾何結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的太陽能電池相比極大地降低了每瓦的成本。
為了進一步地新增對光線的吸收,F(xiàn)ontcuberta教授及其研究組正在優(yōu)化這一方法。例如:砷化鎵納米線與其它的納米尺度的材料相結(jié)合,在橫向和縱向兩個方向上進行。其中一個例子是使用砷化銦量子點植于納米線上出現(xiàn)類似催化的用途,從而增進光線的吸收效率。納米線太陽能電池是第三代電池的典型代表,這不僅僅是因為它的尺寸小和多用途,更重要的原因在于可以極大地降低成本。Fontcuberta說:"盡管現(xiàn)在研究已經(jīng)取得了非常不錯的成績,大規(guī)模的商業(yè)使用納米線電池至少還要近10年的時間,但這是LMSC努力的目標。"
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