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美國(guó)科學(xué)家利用納米碳管制作出新型太陽(yáng)能電池，在吸收等量的光子下能產(chǎn)生更多的光電流，其效能將優(yōu)于現(xiàn)行的光伏電池。他們證明納米碳管做成的光二極管(photodiode)吸收一個(gè)光子能產(chǎn)生多組電子空穴對(duì)(electron-hole pair)，不像傳統(tǒng)的光二極管只能產(chǎn)生一組。康乃爾大學(xué)參與這項(xiàng)研究的Nathan Gabor表示，這項(xiàng)技術(shù)若能應(yīng)用于大尺寸的太陽(yáng)能電池，勢(shì)必能突破以往轉(zhuǎn)換效率的限制。 現(xiàn)行的光伏電池每吸收一個(gè)光子頂多產(chǎn)生一組電子空穴對(duì)，然而康乃爾大學(xué)Paul McEuen領(lǐng)軍的研究團(tuán)隊(duì)利用單壁式納米碳管制成光伏電池，打破了這項(xiàng)限制。此裝置由長(zhǎng)約3~4μm、管徑介于1.5~3.6 nm的碳管制成，碳管被安置在絕緣基板上的電極之間，在電極上施加偏壓時(shí)，電極間的碳管形成一個(gè)p-n接面光二極管。 研究人員以激光照射光二極管，同時(shí)在碳管上施加逆偏壓，并監(jiān)測(cè)光電流。結(jié)果在溫度低于90K且施加與電流反向的偏壓時(shí)，觀察到多重載子的產(chǎn)生。隨著此偏壓增大，電流呈階梯狀增加。若提高入射光子的能量，電流的階梯會(huì)變寬。 通常一個(gè)光子只能將一個(gè)電子往上激發(fā)一個(gè)次能帶，康乃爾小組認(rèn)為多重電子空穴對(duì)的產(chǎn)生是由于光子提供碳管電子更大量的能量，使得第二次能帶或以上的電子也可以在二極管中移動(dòng)并激發(fā)其它電子，而當(dāng)?shù)诙文軒У妮d子獲得足夠能量去激發(fā)額外的電子時(shí)，產(chǎn)生的電流就會(huì)出現(xiàn)階梯狀改變。 Gabor指出，第二次能帶閥值的存在意味著上述過(guò)程幾乎用將所有光子剩余的能量，再加上電場(chǎng)的能量，一起用來(lái)將單一電子轉(zhuǎn)換成多重電子，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效能太陽(yáng)能電池的最終目標(biāo)相當(dāng)重要，因?yàn)楹笳咦非蟮木褪墙醢俜种俚貙⒐饽苡脕?lái)激發(fā)電子空穴對(duì)。詳見Science 325, p.1368 (2009)。 |
