光伏納米管是什么東西？

發(fā)布時間：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，在自動運輸和天文學(xué)等領(lǐng)域可能很有用。將來，如果可以擴(kuò)大影響并擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模，則可能會導(dǎo)致高效率的太陽能發(fā)電設(shè)備。
東京大學(xué)教授巖佐吉洋與一個國際物理學(xué)家團(tuán)隊合作，探索具有特殊電燈泡時刻的特殊半導(dǎo)體納米管的可能功能。他拿起這個眾所周知的燈泡（實際上是激光），將其照在納米管上，以發(fā)現(xiàn)有啟發(fā)性的東西。某些波長和光強(qiáng)度會在樣品中感應(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，我們的研究材料會像太陽能電池板一樣產(chǎn)生電能，但是以不同的方式進(jìn)行，” Iwasa說?！拔覀兣c德國馬克斯·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)前太陽能技術(shù)的障礙。目前，太陽能電池板已經(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)。”
       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，否則它們在有光的情況下不會感應(yīng)出電流。這是一種新出現(xiàn)的行為，除非經(jīng)過修改，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. 光伏太陽電池板面臨的問題
       通常，光伏太陽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，它們單獨存在時不會在有光的情況下產(chǎn)生電流，但放在一起時會產(chǎn)生電流。自發(fā)現(xiàn)以來，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
       WS2納米管不依靠材料之間的結(jié)來獲得光伏效應(yīng)。當(dāng)暴露在光線下時，它們會在整個結(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納米管不對稱（如果您要反轉(zhuǎn)）而發(fā)生的。如果是對稱的，則感應(yīng)的電流將不會具有佑選的方向，因此不會流動。因此，其他對稱的納米管（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的效率提高了整個數(shù)量級，” Iwasa繼續(xù)說道?！暗?，盡管獲得了巨大的收益，我們的WS2納米管仍無法與pn結(jié)材料的產(chǎn)生潛力進(jìn)行比較。這是因為該裝置是納米級的，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. 未來展望
       從長遠(yuǎn)來看，研究人員希望這種材料可以制造出效率更高的太陽能電池板。但是，鑒于近期可預(yù)見的尺寸限制，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。它們在嵌入式監(jiān)控設(shè)備，裝有傳感器的自動駕駛汽車，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：“我和來自世界各地的同事都熱切地探索這項前所未有的技術(shù)的潛力?！?“對我來說，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勵。”