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量子點(diǎn)可以提高太陽能轉(zhuǎn)化效率(轉(zhuǎn)載） 已有1人參與
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量子點(diǎn)可以提高太陽能轉(zhuǎn)化效率 諸平 據(jù)荷蘭物質(zhì)基礎(chǔ)研究基金會(huì)（The Foundation forFundamental Research on Matter，簡(jiǎn)稱FOM Foundation) 網(wǎng)站2013年8月23日?qǐng)?bào)道，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）、美國(guó)加州大學(xué)（University ofCalifornia）、比利時(shí)豐田歐洲材料研發(fā)中心（Toyota Europe, Materials Research & Development）的科學(xué)家合作已經(jīng)開發(fā)出一種納米結(jié)構(gòu)材料,用于制造太陽能電池可以提高其光電轉(zhuǎn)化效率，比目前傳統(tǒng)的太陽能電池轉(zhuǎn)化水平高超10%。下圖是物理學(xué)家組織網(wǎng)（Phys.org）2013年8月26日的轉(zhuǎn)載報(bào)道截圖。 上圖中被鏈接的是量子點(diǎn)，在這種新納米材料中一束波長(zhǎng)很狹窄光子被吸收后，會(huì)使兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子跳躍帶隙。研究人員已經(jīng)用特殊的分子強(qiáng)烈地將納米球（量子點(diǎn)）連接在一起，結(jié)果是電子可以自由移動(dòng),在太陽能電池中即可以形成電流。 荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）、美國(guó)加州大學(xué)（University ofCalifornia）、比利時(shí)豐田歐洲材料研發(fā)中心（Toyota Europe, Materials Research & Development）的科學(xué)家合作已經(jīng)開發(fā)出一種納米結(jié)構(gòu)材料,用于制造太陽能電池可以提高其光電轉(zhuǎn)化效率。此研究成果 2013年8月23日已經(jīng)在《自然通訊》（Nature Communications）網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表。智能納米結(jié)構(gòu)可以提高太陽能電池的效率，主要體現(xiàn)在兩方面，其一是減少熱能耗，其二是提供更多的電能。 太陽能電池 傳統(tǒng)的太陽能電池包含一層硅，當(dāng)陽光照射到硅層時(shí), 硅中的電子吸收光子能量，由基態(tài)進(jìn)入到激發(fā)態(tài)，獲得能量的電子（激發(fā)態(tài)電子）可以跳越“禁帶”即帶隙而進(jìn)入導(dǎo)帶，即可自由移動(dòng)并形成電流。如果光子能量等于硅的帶隙，則太陽能電池的產(chǎn)電量即被優(yōu)化，利用效率最高，沒有多余的能力被浪費(fèi)。然而,太陽光是一種復(fù)色光，包含許多不同波長(zhǎng)的光子，而且這些光子的能量大于帶隙。多余的能量以熱能的形式丟失,這限制了傳統(tǒng)太陽能電池的產(chǎn)電量，尚未實(shí)現(xiàn)太陽能利用效率的最大化。 納米球 幾年前,代爾夫特理工大學(xué)的研究人員以及其他物理學(xué)家就已經(jīng)證明了多余的能量仍能得到很好的利用。在半導(dǎo)體材料的小納米球體內(nèi)過剩的能量可以使額外的電子跳越帶隙，這些納米球又被稱為量子點(diǎn)，其直徑大約僅有人頭發(fā)的萬分之一。如果一個(gè)光子能使量子點(diǎn)的一個(gè)電子躍過帶隙,電子在該量子點(diǎn)周圍運(yùn)動(dòng)。這樣難免造成與使隨后躍過帶隙的電子發(fā)生碰撞，而且一個(gè)光子可以動(dòng)員幾個(gè)電子躍過帶隙從而增加產(chǎn)生的電流量，如何來解決電子的自由運(yùn)動(dòng)，避免在量子點(diǎn)周圍聚集，電子之間發(fā)生碰撞的問題，科學(xué)家已經(jīng)有新招。 量子點(diǎn)之間的聯(lián)系 然而,迄今為止存在的問題仍然是電子被困在其量子點(diǎn)內(nèi)部,所以無法為當(dāng)前的太陽能電池產(chǎn)生電流做出貢獻(xiàn)，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是由于使量子點(diǎn)表面穩(wěn)定的大分子所致。這些大分子阻礙了電子從一個(gè)量子點(diǎn)跳躍到下一個(gè)量子點(diǎn),所以沒有電流產(chǎn)生。但是，研究人員在新設(shè)計(jì)中,用小分子取代了大分子，而且在量子點(diǎn)之間用氧化鋁來填充預(yù)留的空隙。這導(dǎo)致量子點(diǎn)之間有更多的接觸，并允許電子自由移動(dòng)，使問題迎刃而解。 轉(zhuǎn)化效率 理學(xué)家用激光光譜物已經(jīng)看到在包含量子點(diǎn)鏈接的材料中，單個(gè)光子實(shí)際上可以激發(fā)幾個(gè)電子。躍過帶隙的所有電子，在此新材料中可以自由運(yùn)動(dòng)。由于包含這種新材料的太陽能電池的理論產(chǎn)量會(huì)提高到45%,比傳統(tǒng)的太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率高出10%。更有效型的太陽能電池很容易生產(chǎn)，即將鏈接的納米球結(jié)構(gòu)作為一種分層漆用于太陽能電池。因此新型太陽能電池不僅會(huì)更有效,而且與傳統(tǒng)的太陽能電池相比較成本也更廉價(jià)。荷蘭研究人員現(xiàn)在與國(guó)際伙伴合作，用此設(shè)計(jì)來產(chǎn)生完整的太陽能電池。 更多信息請(qǐng)瀏覽C.S. Suchand Sandeep, Sybrenten Cate, JuleonM. Schins, TomJ. Savenije, YaoLiu, MattLaw, SachinKinge, ArjanJ. Houtepen, Laurens D. A. Siebbeles. HighCharge Carrier Mobility Enables Exploitation of Carrier Multiplication inQuantum-Dot Films, Nature Communications (23 August 2013). DOI: 10.1038/ncomms3360;見附件：納米球-量子點(diǎn)-太陽能電池2013.pdf http://phys.org/news/2013-08-nan ... lar-cells.html#nwlt； http://www.fom.nl/live/english/n ... objectnumber=233832 |
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馬 [ 發(fā)自小木蟲客戶端 ] |
2樓2013-12-25 09:07:00
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