光伏納米管是什么東西？

發(fā)布時(shí)間：2021-02-18

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1. 技術(shù)引言
物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新型的納米管，叫光伏納米管，它在光的存在下會(huì)產(chǎn)生電流。諸如光學(xué)傳感器和紅外成像芯片之類的設(shè)備可能是應(yīng)用，在自動(dòng)運(yùn)輸和天文學(xué)等領(lǐng)域可能很有用。將來(lái)，如果可以擴(kuò)大影響并擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模，則可能會(huì)導(dǎo)致高效率的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。
東京大學(xué)教授巖佐吉洋與一個(gè)國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作，探索具有特殊電燈泡時(shí)刻的特殊半導(dǎo)體納米管的可能功能。他拿起這個(gè)眾所周知的燈泡（實(shí)際上是激光），將其照在納米管上，以發(fā)現(xiàn)有啟發(fā)性的東西。某些波長(zhǎng)和光強(qiáng)度會(huì)在樣品中感應(yīng)出電流-這稱為光電效應(yīng)。有幾種光伏材料，但是這種納米管的性質(zhì)和行為令人興奮。

空心納米管的透射電子顯微鏡圖像：白色比例尺對(duì)應(yīng)于10納米（左），納米管的渲染（右）

       “基本上，我們的研究材料會(huì)像太陽(yáng)能電池板一樣產(chǎn)生電能，但是以不同的方式進(jìn)行，” Iwasa說(shuō)?！拔覀兣c德國(guó)馬克斯·普朗克固體研究所的張一瑾博士一起，弟一次證明了納米材料可以克服不久將限制當(dāng)前太陽(yáng)能技術(shù)的障礙。目前，太陽(yáng)能電池板已經(jīng)盡其所能，但是我們的技術(shù)可以在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)?！?/span>
       感應(yīng)電流的納米管由基于二硫化鎢（WS2）的特殊半導(dǎo)體材料的卷起片制成。除非將其卷成管，否則它們?cè)谟泄獾那闆r下不會(huì)感應(yīng)出電流。這是一種新出現(xiàn)的行為，除非經(jīng)過(guò)修改，否則這不是材料固有的行為。有趣的是它與現(xiàn)有的光伏材料有何不同。
2. 光伏太陽(yáng)電池板面臨的問(wèn)題
       通常，光伏太陽(yáng)能電池板使用某種稱為pn結(jié)的材料。這是連接兩種不同類型的材料（p型和n型）的地方，它們單獨(dú)存在時(shí)不會(huì)在有光的情況下產(chǎn)生電流，但放在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，基于Pn結(jié)的光伏發(fā)電效率已有80多年的提高。然而，由于它們需要多種材料的布置，它們已接近其理論極限。
3. 新型納米管有什么特點(diǎn)
       WS2納米管不依靠材料之間的結(jié)來(lái)獲得光伏效應(yīng)。當(dāng)暴露在光線下時(shí)，它們會(huì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)或整體中產(chǎn)生電流。這就是所謂的整體光伏效應(yīng)（BPVE），它是由于WS2納米管不對(duì)稱（如果您要反轉(zhuǎn)）而發(fā)生的。如果是對(duì)稱的，則感應(yīng)的電流將不會(huì)具有佑選的方向，因此不會(huì)流動(dòng)。因此，其他對(duì)稱的納米管（例如住名的碳納米管）盡管具有出色的導(dǎo)電性，但也不會(huì)表現(xiàn)出BPVE。
       “我們的研究表明，與其他材料相比，BPVE的效率提高了整個(gè)數(shù)量級(jí)，” Iwasa繼續(xù)說(shuō)道?！暗牵M管獲得了巨大的收益，我們的WS2納米管仍無(wú)法與pn結(jié)材料的產(chǎn)生潛力進(jìn)行比較。這是因?yàn)樵撗b置是納米級(jí)的，將難以制造更大的尺寸。但這是有可能的，我希望化學(xué)家能受到挑戰(zhàn)的挑戰(zhàn)?！?/span>
4. 未來(lái)展望
       從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，研究人員希望這種材料可以制造出效率更高的太陽(yáng)能電池板。但是，鑒于近期可預(yù)見(jiàn)的尺寸限制，它更有可能在其他應(yīng)用程序中找到用處。BVPE可用于創(chuàng)建更靈敏，更高保真度的光學(xué)或紅外傳感器。它們?cè)谇度胧奖O(jiān)控設(shè)備，裝有傳感器的自動(dòng)駕駛汽車，甚至在天文望遠(yuǎn)鏡的成像傳感器中都有進(jìn)一步的應(yīng)用。
       Iwasa總結(jié)道：“我和來(lái)自世界各地的同事都熱切地探索這項(xiàng)前所未有的技術(shù)的潛力?！?“對(duì)我來(lái)說(shuō)，創(chuàng)造超越自然界所能提供的新材料的想法本身就是一種引人入勝的獎(jiǎng)勵(lì)。”