特殊納米管可以改善太陽能和成像技術(shù)

物理學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新型的納米管，可以在光的作用下產(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，其可用于諸如自動(dòng)運(yùn)輸和天文學(xué)的領(lǐng)域。將來，如果放大效果并擴(kuò)大技術(shù)，可能會(huì)產(chǎn)生高效率的太陽能設(shè)備。

東京大學(xué)教授Yoshihiro Iwasa與國際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作，正在研究一種特殊的半導(dǎo)體納米管，當(dāng)他有一個(gè)燈泡時(shí)刻。他拿起這個(gè)眾所周知的燈泡(實(shí)際上是激光燈)并將其照射在納米管上以發(fā)現(xiàn)一些具有啟發(fā)性的東西。某些波長和強(qiáng)度的光在樣品中感應(yīng)出電流 - 這稱為光伏效應(yīng)。有幾種光伏材料，但這種納米管的性質(zhì)和行為令人興奮。

“基本上我們的研究材料像太陽能電池板一樣發(fā)電，但以不同的方式，”Iwasa說。“與德國馬克斯普朗克固態(tài)研究所的張一進(jìn)博士一起，我們首次展示了納米材料可以克服的障礙，這種障礙將很快限制當(dāng)前的太陽能技術(shù)。現(xiàn)在太陽能電池板盡可能好，但是我們的技術(shù)可以改進(jìn)。“

電流誘導(dǎo)納米管由基于二硫化鎢(WS 2)的特殊半導(dǎo)體材料的卷起片制成。除非卷入管中，否則片材在光存在下不會(huì)產(chǎn)生電流。這是一種緊急行為，在材料被修改之前不是內(nèi)在的行為。有趣的是它與現(xiàn)有的光伏材料有何不同。

通常，光伏太陽能電池板利用稱為pn結(jié)的某種材料布置。這是連接兩種不同材料(p型和n型)的地方，它們?cè)诠獯嬖诘那闆r下不會(huì)產(chǎn)生電流，但是當(dāng)放在一起時(shí)，就可以了。自發(fā)現(xiàn)以來，基于Pn結(jié)的光伏電池在80年左右的時(shí)間內(nèi)已經(jīng)提高了效率。然而，由于他們需要安排多種材料，他們接近理論極限。

WS 2納米管不依賴于材料之間的結(jié)來獲得光伏效應(yīng)。當(dāng)暴露在光線下時(shí)，它們會(huì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)或整體中產(chǎn)生電流。這被稱為體光伏效應(yīng)(BPVE)，它發(fā)生在WS 2納米管不對(duì)稱的情況下，如果你要反轉(zhuǎn)它。如果它是對(duì)稱的，則所感應(yīng)的電流將不具有優(yōu)選方向，因此不會(huì)流動(dòng)。因此，其他對(duì)稱的納米管 - 例如著名的碳納米管 -盡管是很好的電導(dǎo)體，但不會(huì)表現(xiàn)出BPVE。

“我們的研究表明，與其他材料相比，BPVE的效率提高了整整一個(gè)數(shù)量級(jí)，”Iwasa繼續(xù)說道。“盡管取得了巨大的收益，但我們的WS 2納米管還不能與pn結(jié)材料的發(fā)電潛力相提并論。這是因?yàn)樵撈骷哂屑{米級(jí)，難以制造得更大。但這是可能的，我希望化學(xué)家能夠受到啟發(fā)關(guān)于那個(gè)挑戰(zhàn)。“

從長遠(yuǎn)來看，研究人員希望這種材料可以制造更高效的太陽能電池板。但考慮到近期可預(yù)見的尺寸限制，它更有可能在其他應(yīng)用中得到應(yīng)用。BVPE可用于創(chuàng)建更靈敏和更高保真度的光學(xué)或紅外傳感器。它們?cè)谇度胧奖O(jiān)控設(shè)備，載有傳感器的自動(dòng)駕駛汽車或甚至用于天文望遠(yuǎn)鏡的成像傳感器中具有進(jìn)一步的應(yīng)用。

“來自世界各地的同事和我熱切地探索這種前所未有的技術(shù)的潛力，”Iwasa總結(jié)道。“對(duì)我來說，創(chuàng)造超越任何自然界的新材料的想法本身就是一種引人入勝的獎(jiǎng)勵(lì)。”