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斯坦福大學科學家成功研制出全球最薄光吸收劑

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月13日  

斯坦福大學科學家宣布已創造出世界上最薄并且最具效率的光吸收劑。科學家們指出,這一納米結構的厚度只相當于普通紙張的數千分之一,不僅大幅削減成本,還可提升太陽能電池的轉換效率。他們的研究成果已發表在最近一期的雜志《納米快報》(NanoLetters)上。


斯坦福大學化學工程系教授StaceyBent(研究小組成員之一)表示:關于許多應用而言,以最少的材料實現可見光的吸收是可取的。我們的研究成果就已表明一個擁有極其薄層面的材料完全有可能吸收100%特定波長的可見光。


更薄的太陽能電池不僅耗材較少,而且成本較低。研究人員面對的挑戰就是如何在不犧牲轉化率的背景下降低電池的厚度。


在這樣研究中,斯坦福團隊創造出鑲嵌了大量黃金顆粒的薄型硅片。每個黃金納米點高約14納米,寬約17納米。


可見光譜


一個理想的太陽能電池能夠吸收整個可見光譜,從400納米紫色光波、700納米紅外線到非可見的紫外線與紅外線。在實驗中,博士后CarlHagglund及其同事能夠調整黃金納米從光譜中吸收一種光線,即波長600納米的橙紅色光波。


該研究報告首席作者Hagglund表示:與吉他弦相似,當你撩撥其中一根弦,共振頻率就會改變。金屬粒子亦有共振頻率,能夠被微調來吸收特定波長的光線。我們調整了系統的光學特點,以最大程度的增大光吸收率。


鑲嵌黃金納米的硅片由日本經營電子電氣公司日立(Hitachi)制造,采用了嵌段共聚物平版印刷技術。每個硅片每平方英寸含有約5200億納米點。在顯微鏡下,顆粒的六角形排列非常類似蜂窩的六邊形陣列。


Hagglund團隊運用原子層沉積工藝在硅片的表面新增了薄膜涂層。Hagglund稱:這是一個非常具有吸引力的技術,因為通過新增涂層可以令顆粒更為均勻,并將薄膜的厚度降低到原子水平。


通過使用該工藝,我們可以改變納米點周圍涂層的厚度,從而達到簡化調整系統的目的。其實已經有人建立了相似的列陣,只是他們并未將之調整到光吸收的最佳狀態這就是我們研究成功的創新所在。


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