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纳米太阳能电池有望打破能量转化率瓶颈

2013.3.27

位于硅基片之上的纳米线吸收太阳射线。纳米线极有可能成为未来太阳能电池的发展主流。(自哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所)

左图为硅底质上GaAs纳米线晶体的扫描电子显微镜图;中间为透射式电子显微镜下的单个纳米线;右图是在扫描透射电子显微镜下放大的晶体结构。(自哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所)

　　据《自然光子学》杂志最新发表的一项研究称，纳米线可吸收比普通太阳光强度高14倍的太阳光。科学家预测，未来纳米线不仅在太阳能电池领域，而且在量子计算机和其他电子产品中也有巨大的发展潜力。

　　丹麦哥本哈根大学尼尔斯波尔研究院纳米科学中心和瑞士洛桑理工学院的研究人员表示，由于纳米线一些独特的物理吸光性，使其突破了利用太阳能的极限。尼尔斯波尔研究院的皮特﹒克罗格斯拉普(Peter Krogstrup)博士说，此发现显示了未来纳米线太阳能电池发展的巨大潜力。

　　近年来，科研人员一直在研究如何改善提高纳米线晶体质量。纳米线晶体呈柱状构造，直径为人头发的万分之一。研究结果表明，纳米线能够在非常小的区域内收集15倍的太阳射线。由于纳米线的直径小于太阳光的波长，因此在纳米线内部和周围能引起光强度共振。

　　克罗格斯拉普博士解释说，共振能够集中太阳光，太阳光又转化为能量，这样太阳能的转化效率大大提高。此外，有瑞典科学家也表示，太阳能电池产生的大量电力也使得太阳光吸收进入纳米线。

　　克罗格斯拉普称，多年来一直被视为太阳能电池转化效率瓶颈的肖克利-奎伊瑟极限(SQ极限)看来有可能突破。尽管目前的研究结果只提高了几个百分点，但是这对发展太阳能电池、开发纳米太阳能射线以及全球能源开发将会产生重要影响，只是纳米线太阳能电池的产业化尚需时日。

　　所谓的肖克利?奎伊瑟效率极限测量约为33.5%，就是单个p-n结太阳能电池。这意味着，如果太阳能电池每平方米太阳能可收集1000瓦，那么，它能产生的最大电力为每平方米335瓦左右。

　　本次研究合作单位包括半导体材料实验室、洛桑理工学院、丹麦太阳能电池公司SunFlake A/S公司和基金会，研究内容和结果发表在1月份的《科学》杂志上。

太阳能电子显微镜纳米线

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