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美国科学家研发出一种直径仅有人类头发两万分之一的太阳能电池。这种新型电池不仅可以作为电子元件用于微型电路,还是首例能够独立完成光电转化的纳米级设备

形似同轴电缆

这种新型纳米太阳能电池由哈佛大学化学教授查尔斯·莱贝尔与同事共同完成。英国《自然》周刊18日刊登研究*,详细介绍它的结构和工作原理。

新型电池是一种具有多层结构的纳米线,形似用于有线电视网络的同轴电缆。但它的直径只有同轴电缆的10万分之一,肉眼几乎不可见,且采用3种具有不同导电性能的光敏硅材料为主材。电池核心是直径约100纳米、覆有硼涂层的长条状硅晶体,外面包裹两层分别厚50纳米的多晶硅层,其中最外一层硅材料覆有磷涂层。

阳光照射纳米线时,带负电的电子离开硅晶体,形成正极微孔,也称空穴。电子穿过硅层向外移动,与电子数量相等但极性相反的空穴则向纳米线核心移动。当纳米线与电路接通时,电子和空穴的移动产生电流,把光能转化为电能。

拥有三大优点

莱贝尔说,在此之前已有科学家试图研发出纳米级光电设备。但所用材料多为有机化合物与半导体纳米结构物质的混合物,不仅能量转化效率低下,还容易在阳光照射下降解。

相比之下,新型纳米太阳能电池至少有三大优点。首先,新型电池的光电转化效率较高,一般能达到3%以上,最高时能达到5%。其次,新型电池以硅材料为主材,能够承受集中光照而不受蚀分解。此外,新型电池的制作成本低廉,与其他光电设备相差无几。

而从环保角度而言,新型电池作为一种电子元件具备用能清洁、高效、可*的优点。

莱贝尔接受法新社采访时说:“虽然单独一个纳米电子元件耗能很少,但是具备特定用途的电路需要由许多元件相互连接组成,因此即使是纳米结构,耗能也颇为可观。”这种情况下,与“笨重、昂贵、不可*”的传统能源相比,新型电池所用能源更为先进。

还有潜力待挖

与现在已有民用太阳能电池20%的光电转化率相比,新型纳米电池还存在一定差距,但是莱贝尔相信,新型电池在提高效能方面还有潜力可挖。

莱贝尔和同事下一步研究目标之一,就是要想办法克服新型电池晶体现存缺陷,提高它的能量转化效率。他说:“我们的目标是(把效率)提高到15%。”

此外,莱贝尔认为新型电池在为纳米电子设备供能方面也达到了一定高度。研究表明,新型电池能够利用阳光独立产生200皮瓦功率,足以为微型电路持续稳定供能。

莱贝尔说,未来不到10年时间内,不论是在民用设备领域、生物恐怖主义监控领域还是内科诊断领域,这种微型电池技术有望发挥核心作用。(郜婕)请您发表感言,注意文明用语并遵守相关规定。

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