光伏納米管是什么東西？

發布時間：2021-02-18

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1. 技術引言
物理學家發現了一種新型的納米管，叫光伏納米管，它在光的存在下會產生電流。諸如光學傳感器和紅外成像芯片之類的設備可能是應用，在自動運輸和天文學等領域可能很有用。將來，如果可以擴大影響并擴大技術規模，則可能會導致高效率的太陽能發電設備。
東京大學教授巖佐吉洋與一個國際物理學家團隊合作，探索具有特殊電燈泡時刻的特殊半導體納米管的可能功能。他拿起這個眾所周知的燈泡（實際上是激光），將其照在納米管上，以發現有啟發性的東西。某些波長和光強度會在樣品中感應出電流-這稱為光電效應。有幾種光伏材料，但是這種納米管的性質和行為令人興奮。

空心納米管的透射電子顯微鏡圖像：白色比例尺對應于10納米（左），納米管的渲染（右）

       “基本上，我們的研究材料會像太陽能電池板一樣產生電能，但是以不同的方式進行，” Iwasa說。“我們與德國馬克斯·普朗克固體研究所的張一瑾博士一起，弟一次證明了納米材料可以克服不久將限制當前太陽能技術的障礙。目前，太陽能電池板已經盡其所能，但是我們的技術可以在此基礎上加以改進。”
       感應電流的納米管由基于二硫化鎢（WS2）的特殊半導體材料的卷起片制成。除非將其卷成管，否則它們在有光的情況下不會感應出電流。這是一種新出現的行為，除非經過修改，否則這不是材料固有的行為。有趣的是它與現有的光伏材料有何不同。
2. 光伏太陽電池板面臨的問題
       通常，光伏太陽能電池板使用某種稱為pn結的材料。這是連接兩種不同類型的材料（p型和n型）的地方，它們單獨存在時不會在有光的情況下產生電流，但放在一起時會產生電流。自發現以來，基于Pn結的光伏發電效率已有80多年的提高。然而，由于它們需要多種材料的布置，它們已接近其理論極限。
3. 新型納米管有什么特點
       WS2納米管不依靠材料之間的結來獲得光伏效應。當暴露在光線下時，它們會在整個結構或整體中產生電流。這就是所謂的整體光伏效應（BPVE），它是由于WS2納米管不對稱（如果您要反轉）而發生的。如果是對稱的，則感應的電流將不會具有佑選的方向，因此不會流動。因此，其他對稱的納米管（例如住名的碳納米管）盡管具有出色的導電性，但也不會表現出BPVE。
       “我們的研究表明，與其他材料相比，BPVE的效率提高了整個數量級，” Iwasa繼續說道。“但是，盡管獲得了巨大的收益，我們的WS2納米管仍無法與pn結材料的產生潛力進行比較。這是因為該裝置是納米級的，將難以制造更大的尺寸。但這是有可能的，我希望化學家能受到挑戰的挑戰。”
4. 未來展望
       從長遠來看，研究人員希望這種材料可以制造出效率更高的太陽能電池板。但是，鑒于近期可預見的尺寸限制，它更有可能在其他應用程序中找到用處。BVPE可用于創建更靈敏，更高保真度的光學或紅外傳感器。它們在嵌入式監控設備，裝有傳感器的自動駕駛汽車，甚至在天文望遠鏡的成像傳感器中都有進一步的應用。
       Iwasa總結道：“我和來自世界各地的同事都熱切地探索這項前所未有的技術的潛力。” “對我來說，創造超越自然界所能提供的新材料的想法本身就是一種引人入勝的獎勵。”