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美國科學家利用納米碳管制作出新型太陽能電池，在吸收等量的光子下能產生更多的光電流，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)吸收一個光子能產生多組電子空穴對(electron-hole pair)，不像傳統(tǒng)的光二極管只能產生一組。康乃爾大學參與這項研究的Nathan Gabor表示，這項技術若能應用于大尺寸的太陽能電池，勢必能突破以往轉換效率的限制。 現(xiàn)行的光伏電池每吸收一個光子頂多產生一組電子空穴對，然而康乃爾大學Paul McEuen領軍的研究團隊利用單壁式納米碳管制成光伏電池，打破了這項限制。此裝置由長約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，電極間的碳管形成一個p-n接面光二極管。 研究人員以激光照射光二極管，同時在碳管上施加逆偏壓，并監(jiān)測光電流。結果在溫度低于90K且施加與電流反向的偏壓時，觀察到多重載子的產生。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，電流的階梯會變寬。 通常一個光子只能將一個電子往上激發(fā)一個次能帶，康乃爾小組認為多重電子空穴對的產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并激發(fā)其它電子，而當?shù)诙文軒У妮d子獲得足夠能量去激發(fā)額外的電子時，產生的電流就會出現(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程幾乎用將所有光子剩余的能量，再加上電場的能量，一起用來將單一電子轉換成多重電子，這對于實現(xiàn)高效能太陽能電池的最終目標相當重要，因為后者追求的就是近乎百分之百地將光能用來激發(fā)電子空穴對。詳見Science 325, p.1368 (2009)。 |
