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斯坦福大学科学家成功研制出全球最薄光吸收剂

2013-07-20 09:02
老猫
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  斯坦福大学科学家宣布已创造出世界上最薄并且最具效率的光吸收剂。科学家们指出,这一纳米结构的厚度只相当于普通纸张的数千分之一,不仅大幅削减成本,还可提升太阳能电池的转换效率。他们的研究成果已发表在最近一期的杂志《纳米快报》(NanoLetters)上。

  斯坦福大学化学工程系教授StaceyBent(研究小组成员之一)表示:“对于许多应用而言,以最少的材料实现可见光的吸收是可取的。我们的研究成果就已表明一个拥有极其薄层面的材料完全有可能吸收100%特定波长的可见光。”

  更薄的太阳能电池不仅耗材较少,而且成本较低。研究人员面临的挑战就是如何在不牺牲转化率的背景下降低电池的厚度。

  在这样研究中,斯坦福团队创造出镶嵌了大量黄金颗粒的薄型硅片。每个黄金纳米点高约14纳米,宽约17纳米。

  可见光谱

  一个理想的太阳能电池能够吸收整个可见光谱,从400纳米紫色光波、700纳米红外线到非可见的紫外线与红外线。在实验中,博士后CarlHagglund及其同事能够调整黄金纳米从光谱中吸收一种光线,即波长600纳米的橙红色光波。

  该研究报告首席作者Hagglund表示:“与吉他弦相似,当你撩拨其中一根弦,共振频率就会改变。金属粒子亦有共振频率,能够被微调来吸收特定波长的光线。我们调整了系统的光学特征,以最大程度的增大光吸收率。”

  镶嵌黄金纳米的硅片由日本经营电子电气公司日立(Hitachi)制造,采用了嵌段共聚物平版印刷技术。每个硅片每平方英寸含有约5200亿纳米点。在显微镜下,颗粒的六角形排列非常类似蜂窝的六边形阵列。

  Hagglund团队运用原子层沉积工艺在硅片的表面增加了薄膜涂层。Hagglund称:“这是一个非常具有吸引力的技术,因为通过增加涂层可以令颗粒更为均匀,并将薄膜的厚度降低到原子水平。”

  “通过使用该工艺,我们可以改变纳米点周围涂层的厚度,从而达到简化调整系统的目的。其实已经有人建立了相似的列阵,只是他们并未将之调整到光吸收的最佳状态——这就是我们研究成功的创新所在。”

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