利用納米同軸電纜技術(shù) 美研制出高性能太陽(yáng)能電池
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）日前宣布，他們利用納米同軸電纜技術(shù)，研制出性能得以大幅度提高的高性能太陽(yáng)能電池。有關(guān)專家指出，這是在高性能太陽(yáng)能電池研制方面取得的重大進(jìn)展，納米同軸電纜技術(shù)將在微電子領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，也可用于研制納米計(jì)算機(jī)。
傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池工作原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在pn結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，p區(qū)有過(guò)剩的空穴。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。但由于被激發(fā)的自由電子和空穴在同一區(qū)域，電子和空穴經(jīng)常發(fā)生相互抵消現(xiàn)象，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的效率很低。
為了使pn結(jié)更薄，同時(shí)解決自由電子抵消問(wèn)題，研究人員將兩個(gè)半導(dǎo)體聯(lián)合起來(lái)形成納米同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這樣的納米電纜可以有兩種不同方式：一種的內(nèi)芯是氮化鎵（GaN），外層是磷化鎵（GaP）；另外一種則相反。兩種電纜的內(nèi)芯直徑大約為4個(gè)納米左右。
當(dāng)光子投射到納米電纜的外層后，激發(fā)出電子，并在半導(dǎo)體材料之間發(fā)生了空穴與自由電子的高效率分離。同軸電纜結(jié)構(gòu)既起到了電池的作用，又起到了普通電纜的作用，解決了電子的分離問(wèn)題（因?yàn)榈㈡壟c磷具有不同的導(dǎo)電性）。最終，由于一系列復(fù)雜的量子效應(yīng)，與內(nèi)芯半導(dǎo)體發(fā)生相互作用的外層半導(dǎo)體可以接受更寬的可見(jiàn)光范圍，從而大大提高了太陽(yáng)能電子的性能。除此之外，同軸納米電纜可以在微電子技術(shù)，特別是未來(lái)的納米計(jì)算機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池工作原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在pn結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，p區(qū)有過(guò)剩的空穴。它們?cè)趐n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。但由于被激發(fā)的自由電子和空穴在同一區(qū)域，電子和空穴經(jīng)常發(fā)生相互抵消現(xiàn)象，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的效率很低。
為了使pn結(jié)更薄，同時(shí)解決自由電子抵消問(wèn)題，研究人員將兩個(gè)半導(dǎo)體聯(lián)合起來(lái)形成納米同軸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這樣的納米電纜可以有兩種不同方式：一種的內(nèi)芯是氮化鎵（GaN），外層是磷化鎵（GaP）；另外一種則相反。兩種電纜的內(nèi)芯直徑大約為4個(gè)納米左右。
當(dāng)光子投射到納米電纜的外層后，激發(fā)出電子，并在半導(dǎo)體材料之間發(fā)生了空穴與自由電子的高效率分離。同軸電纜結(jié)構(gòu)既起到了電池的作用，又起到了普通電纜的作用，解決了電子的分離問(wèn)題（因?yàn)榈㈡壟c磷具有不同的導(dǎo)電性）。最終，由于一系列復(fù)雜的量子效應(yīng)，與內(nèi)芯半導(dǎo)體發(fā)生相互作用的外層半導(dǎo)體可以接受更寬的可見(jiàn)光范圍，從而大大提高了太陽(yáng)能電子的性能。除此之外，同軸納米電纜可以在微電子技術(shù)，特別是未來(lái)的納米計(jì)算機(jī)中獲得廣泛應(yīng)用。
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