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科學家開發新納米結構,幫助提高光能轉換效率

2018-01-22 11:27:42 大云網  點擊量: 評論 (0)
  科學家現在找到了一種新的、更快、更好的能源轉換方法,他們創造一種混合納米材料,可以加速將光的能量轉換為熱電子,進而提高太陽能效...

  科學家現在找到了一種新的、更快、更好的能源轉換方法,他們創造一種混合納米材料,可以加速將光的能量轉換為熱電子,進而提高太陽能效率,為相關光伏技術帶來巨大進步。

圖片來源:阿貢國家實驗室

  這種長度僅十億分之一米(10-9 m)的納米材料由美國能源部轄下阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)團隊開發,可以從光子中利用所有能量。

  通常,在較大的粒子中很少看到活力十足(動能極高)、能量接近光子的熱電子(hot electron),所以科學家必須透過更小的粒子幫助,于是研究人員首先對負責吸收光的金屬與納米材料結構進行了調整,這是增加高能電子數量的第一步驟。

  為了找出哪些混合納米材料可以產生最多熱電子,研究人員嘗試過很多種組合,最后他們宣布獲勝者:以氧化鋁隔離片分隔的銀納米方塊和金屬薄膜,兩者耦合能進一步增強光的能量,其中一個關鍵在于這種納米結構比起其他結構,可從更廣的光譜范圍中(近紅外光、可見光到紫外光)產生熱電子。

 

 

 

  團隊以瞬態吸收光譜儀測量熱電子濃度的變化率,判定熱電子在何時、以何種方式失去能量,這樣可以幫研究人員找到一個減少能量損失的線索,或建立趁熱電子未遺失能量前趕緊提取的方法。

  此外,納米結構包含不同能帶,會影響熱電子在帶內行進的衰變速率,也因此不同種類的電子最后會有壽命也不一,這取決于它們在材料中的行進方向。論文合著者之一 Matthew Sykes 解釋說,你可以想像有些電子是行駛在高速公路上的車輛,如果交通不壅塞,很少遇到其他車,那么電子可以在更長時間內保持更高的速率;相反的,如果有些電子不幸遇到交通繁忙的上下班車潮,它們不得不放慢速度,而這將影響熱電子被激活后可以存活的時間。

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