美研發(fā)納米太陽(yáng)能電池
美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種直徑僅有人類頭發(fā)兩萬(wàn)分之一的太陽(yáng)能電池。這種新型電池不僅可以作為電子元件用于微型電路，還是首例能夠獨(dú)立完成光電轉(zhuǎn)化的納米級(jí)設(shè)備。
形似同軸電纜
這種新型納米太陽(yáng)能電池由哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·萊貝爾與同事共同完成。英國(guó)《自然》周刊１８日刊登研究論文，詳細(xì)介紹它的結(jié)構(gòu)和工作原理。
新型電池是一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米線，形似用于有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜。但它的直徑只有同軸電纜的１０萬(wàn)分之一，肉眼幾乎不可見，且采用３種具有不同導(dǎo)電性能的光敏硅材料為主材。電池核心是直徑約１００納米、覆有硼涂層的長(zhǎng)條狀硅晶體，外面包裹兩層分別厚５０納米的多晶硅層，其中最外一層硅材料覆有磷涂層。
陽(yáng)光照射納米線時(shí)，帶負(fù)電的電子離開硅晶體，形成正極微孔，也稱空穴。電子穿過(guò)硅層向外移動(dòng)，與電子數(shù)量相等但極性相反的空穴則向納米線核心移動(dòng)。當(dāng)納米線與電路接通時(shí)，電子和空穴的移動(dòng)產(chǎn)生電流，把光能轉(zhuǎn)化為電能。
擁有三大優(yōu)點(diǎn)
萊貝爾說(shuō)，在此之前已有科學(xué)家試圖研發(fā)出納米級(jí)光電設(shè)備。但所用材料多為有機(jī)化合物與半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)的混合物，不僅能量轉(zhuǎn)化效率低下，還容易在陽(yáng)光照射下降解。
相比之下，新型納米太陽(yáng)能電池至少有三大優(yōu)點(diǎn)。首先，新型電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高，一般能達(dá)到３％以上，最高時(shí)能達(dá)到５％。其次，新型電池以硅材料為主材，能夠承受集中光照而不受蝕分解。此外，新型電池的制作成本低廉，與其他光電設(shè)備相差無(wú)幾。
而從環(huán)保角度而言，新型電池作為一種電子元件具備用能清潔、高效、可再生的優(yōu)點(diǎn)。
萊貝爾接受法新社采訪時(shí)說(shuō)：“雖然單獨(dú)一個(gè)納米電子元件耗能很少，但是具備特定用途的電路需要由許多元件相互連接組成，因此即使是納米結(jié)構(gòu)，耗能也頗為可觀。”這種情況下，與“笨重、昂貴、不可再生”的傳統(tǒng)能源相比，新型電池所用能源更為先進(jìn)。
還有潛力待挖
與現(xiàn)在已有民用太陽(yáng)能電池２０％的光電轉(zhuǎn)化率相比，新型納米電池還存在一定差距，但是萊貝爾相信，新型電池在提高效能方面還有潛力可挖。
萊貝爾和同事下一步研究目標(biāo)之一，就是要想辦法克服新型電池晶體現(xiàn)存缺陷，提高它的能量轉(zhuǎn)化效率。他說(shuō)：“我們的目標(biāo)是（把效率）提高到１５％。” 此外，萊貝爾認(rèn)為新型電池在為納米電子設(shè)備供能方面也達(dá)到了一定高度。研究表明，新型電池能夠利用陽(yáng)光獨(dú)立產(chǎn)生２００皮瓦功率，足以為微型電路持續(xù)穩(wěn)定供能。
萊貝爾說(shuō)，未來(lái)不到１０年時(shí)間內(nèi)，不論是在民用設(shè)備領(lǐng)域、生物恐怖主義監(jiān)控領(lǐng)域還是內(nèi)科診斷領(lǐng)域，這種微型電池技術(shù)有望發(fā)揮核心作用。（郜婕）請(qǐng)您發(fā)表感言，注意文明用語(yǔ)并遵守相關(guān)規(guī)定。
形似同軸電纜
這種新型納米太陽(yáng)能電池由哈佛大學(xué)化學(xué)教授查爾斯·萊貝爾與同事共同完成。英國(guó)《自然》周刊１８日刊登研究論文，詳細(xì)介紹它的結(jié)構(gòu)和工作原理。
新型電池是一種具有多層結(jié)構(gòu)的納米線，形似用于有線電視網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜。但它的直徑只有同軸電纜的１０萬(wàn)分之一，肉眼幾乎不可見，且采用３種具有不同導(dǎo)電性能的光敏硅材料為主材。電池核心是直徑約１００納米、覆有硼涂層的長(zhǎng)條狀硅晶體，外面包裹兩層分別厚５０納米的多晶硅層，其中最外一層硅材料覆有磷涂層。
陽(yáng)光照射納米線時(shí)，帶負(fù)電的電子離開硅晶體，形成正極微孔，也稱空穴。電子穿過(guò)硅層向外移動(dòng)，與電子數(shù)量相等但極性相反的空穴則向納米線核心移動(dòng)。當(dāng)納米線與電路接通時(shí)，電子和空穴的移動(dòng)產(chǎn)生電流，把光能轉(zhuǎn)化為電能。
擁有三大優(yōu)點(diǎn)
萊貝爾說(shuō)，在此之前已有科學(xué)家試圖研發(fā)出納米級(jí)光電設(shè)備。但所用材料多為有機(jī)化合物與半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)的混合物，不僅能量轉(zhuǎn)化效率低下，還容易在陽(yáng)光照射下降解。
相比之下，新型納米太陽(yáng)能電池至少有三大優(yōu)點(diǎn)。首先，新型電池的光電轉(zhuǎn)化效率較高，一般能達(dá)到３％以上，最高時(shí)能達(dá)到５％。其次，新型電池以硅材料為主材，能夠承受集中光照而不受蝕分解。此外，新型電池的制作成本低廉，與其他光電設(shè)備相差無(wú)幾。
而從環(huán)保角度而言，新型電池作為一種電子元件具備用能清潔、高效、可再生的優(yōu)點(diǎn)。
萊貝爾接受法新社采訪時(shí)說(shuō)：“雖然單獨(dú)一個(gè)納米電子元件耗能很少，但是具備特定用途的電路需要由許多元件相互連接組成，因此即使是納米結(jié)構(gòu)，耗能也頗為可觀。”這種情況下，與“笨重、昂貴、不可再生”的傳統(tǒng)能源相比，新型電池所用能源更為先進(jìn)。
還有潛力待挖
與現(xiàn)在已有民用太陽(yáng)能電池２０％的光電轉(zhuǎn)化率相比，新型納米電池還存在一定差距，但是萊貝爾相信，新型電池在提高效能方面還有潛力可挖。
萊貝爾和同事下一步研究目標(biāo)之一，就是要想辦法克服新型電池晶體現(xiàn)存缺陷，提高它的能量轉(zhuǎn)化效率。他說(shuō)：“我們的目標(biāo)是（把效率）提高到１５％。” 此外，萊貝爾認(rèn)為新型電池在為納米電子設(shè)備供能方面也達(dá)到了一定高度。研究表明，新型電池能夠利用陽(yáng)光獨(dú)立產(chǎn)生２００皮瓦功率，足以為微型電路持續(xù)穩(wěn)定供能。
萊貝爾說(shuō)，未來(lái)不到１０年時(shí)間內(nèi)，不論是在民用設(shè)備領(lǐng)域、生物恐怖主義監(jiān)控領(lǐng)域還是內(nèi)科診斷領(lǐng)域，這種微型電池技術(shù)有望發(fā)揮核心作用。（郜婕）請(qǐng)您發(fā)表感言，注意文明用語(yǔ)并遵守相關(guān)規(guī)定。
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