单根纳米线或将提高太阳能转换效率极限

2019-05-22 09:32

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。

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；下图是在扫描透射电子显微镜下放大的晶体结构。

据物理学家组织网3月24日报道，一个来自丹麦和瑞士的联合研究团队已经证明，单根纳米线可聚集的太阳光强度能达到普通光照强度的15倍，这一令人惊讶的研究成果在开发以纳米线为基础的新型高效太阳能电池方面潜力巨大，有可能使太阳能转换极限得以提高。相关论文发表在《自然·光子学》杂志上。

纳米线的结构为圆柱状，直径约为人类发丝的万分之一。纳米线具有独特的物理光吸收性能，有预测认为，其在太阳能电池以及未来的量子计算机和其他电子产品的开发方面具有广阔的前景。近年来，丹麦哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所纳米科学中心和瑞士洛桑联邦理工学院的科学家一直在探索如何开发纳米线晶体并改善其质量。

他们的研究发现，纳米线能够将太阳光自然聚集到晶体中一个非常小的区域，聚光能力是普通光照强度的15倍。由于纳米线晶体的直径小于入射太阳光的波长，可以引起纳米线晶体内部以及周围光强的共振。该研究的参与者、刚刚获得尼尔斯·波尔研究所博士学位的彼得·克洛格斯特拉普解释说，通过共振散发出的光子更加集中（太阳能的转换正是在散发光子的过程中实现的），这有助于提高太阳能的转换效率，从而使得基于纳米线的太阳能电池技术得到真正的提升。

典型的太阳能转换效率极限，也就是所谓的肖克利·奎伊瑟效率极限（Shockley－Queisser Limit），多年来一直是太阳能电池效率的瓶颈，但现在看来，这项新研究很有可能使这一转换效率极限提高几个百分点。

对研究人员而言，能够突破理论极限无疑是令人兴奋的。几个百分点听上去虽然不多，但却会对太阳能电池的发展、基于纳米线的太阳能的利用以及全球的能源开发等产生重大影响。不过，克洛格斯特拉普表示，纳米线构成的太阳能电池投入产业化还需要等几年时间。