科學家開發(fā)新納米結構 幫助提高光能轉換效率

:科學家現(xiàn)在找到了一種新的、更快、更好的能源轉換方法，他們創(chuàng)造一種混合納米材料，可以加速將光的能量轉換為熱電子，進而提高太陽能效率，為相關光伏技術帶來巨大進步。

圖片來源：阿貢國家實驗室

這種長度僅十億分之一米（10-9m）的納米材料由美國能源部轄下阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）團隊開發(fā)，可以從光子中利用所有能量。

通常，在較大的粒子中很少看到活力十足（動能極高）、能量接近光子的熱電子（hotelectron），所以科學家必須透過更小的粒子幫助，于是研究人員首先對負責吸收光的金屬與納米材料結構進行了調整，這是增加高能電子數(shù)量的第一步驟。

為了找出哪些混合納米材料可以產生最多熱電子，研究人員嘗試過很多種組合，最后他們宣布獲勝者：以氧化鋁隔離片分隔的銀納米方塊和金屬薄膜，兩者耦合能進一步增強光的能量，其中一個關鍵在于這種納米結構比起其他結構，可從更廣的光譜范圍中（近紅外光、可見光到紫外光）產生熱電子。

團隊以瞬態(tài)吸收光譜儀測量熱電子濃度的變化率，判定熱電子在何時、以何種方式失去能量，這樣可以幫研究人員找到一個減少能量損失的線索，或建立趁熱電子未遺失能量前趕緊提取的方法。

此外，納米結構包含不同能帶，會影響熱電子在帶內行進的衰變速率，也因此不同種類的電子最后會有壽命也不一，這取決于它們在材料中的行進方向。論文合著者之一Matthew Sykes解釋說，你可以想像有些電子是行駛在高速公路上的車輛，如果交通不壅塞，很少遇到其他車，那么電子可以在更長時間內保持更高的速率；相反的，如果有些電子不幸遇到交通繁忙的上下班車潮，它們不得不放慢速度，而這將影響熱電子被激活后可以存活的時間。