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，其可用于諸如自動運輸和天文學(xué)的領(lǐng)域。將來，如果放大效果并擴大技術(shù)，可能會產(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)家團隊合作，正在研究一種特殊的半導(dǎo)體納米管，當(dāng)他有一個燈泡時刻。他拿起這個眾所周知的燈泡(實際上是激光燈)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)?，F(xiàn)在太陽能電池板盡可能好，但是我們的技術(shù)可以改進。“

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，它們在光存在的情況下不會產(chǎn)生電流，但是當(dāng)放在一起時，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，它們會在整個結(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納米管不對稱的情況下，如果你要反轉(zhuǎn)它。如果它是對稱的，則所感應(yīng)的電流將不具有優(yōu)選方向，因此不會流動。因此，其他對稱的納米管 - 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數(shù)量級，”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。這是因為該器件具有納米級，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)于那個挑戰(zhàn)。“

從長遠來看，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。它們在嵌入式監(jiān)控設(shè)備，載有傳感器的自動駕駛汽車或甚至用于天文望遠鏡的成像傳感器中具有進一步的應(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勵。”