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單根納米線或將提高太陽能轉換效率極限

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展主流。

硅底質上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。

據物理學家組織網3月24日報道,一個來自丹麥和瑞士的聯合研究團隊已經證明,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,有可能使太陽能轉換極限得以提高。相關論文發表在《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品的開發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邦理工學院的科學家一直在探索如何開發納米線晶體并改善其質量。

他們的研究發現,納米線能夠將太陽光自然聚集到晶體中一個非常小的區域,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,通過共振散發出的光子更加集中(太陽能的轉換正是在散發光子的過程中實現的),這有助于提高太陽能的轉換效率,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,但現在看來,這項新研究很有可能使這一轉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展、基于納米線的太陽能的利用以及全球的能源開發等產生重大影響。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業化還需要等幾年時間。

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