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金屬納米線網(wǎng)格,可提升太陽能電池的效率

nyD2_Intelligen ? 來源:IntelligentThings ? 2019-12-11 14:14 ? 次閱讀

導(dǎo)讀

據(jù)美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,該實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究表明,采用具有高透射率和高導(dǎo)電率的金屬納米線網(wǎng)格,可提升太陽能電池的效率。

背景

透明電極是太陽能電池與電子顯示屏的關(guān)鍵元件之一。

具有透明、柔性石墨烯電極的有機(jī)太陽能電池(圖片來源:MIT)

為了在太陽能電池中采集電力或者為顯示屏注入電流,你需要導(dǎo)電觸點(diǎn),比如某種金屬,但是也需要能讓光線照射進(jìn)來(對(duì)于太陽能電池來說)或者出去(對(duì)于顯示屏來說)。

因?yàn)榻饘偈遣煌该鞯?,所以?dāng)前技術(shù)采用了金屬氧化物,最常見的是銦錫氧化物(一種近臨界的稀土金屬)作為導(dǎo)電觸點(diǎn),可是這些稀土金屬的供應(yīng)非常有限,并且價(jià)格十分昂貴。

創(chuàng)新

于是,美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的研究人員開始研究有序的金屬納米線網(wǎng)格。它能夠提供高透射率(由于納米線的直徑較小),高導(dǎo)電率(由于網(wǎng)格中的觸點(diǎn)較多),并使用了更普通的元素。這項(xiàng)研究發(fā)表在《軟物質(zhì)(Soft Matter)》期刊上。

(圖片來源:LLNL)

技術(shù)

納米線陣列也可以應(yīng)用于光學(xué)超材料(通常是由金屬和電介質(zhì)組成的復(fù)合材料),這種超材料具備自然界中沒有的獨(dú)特光學(xué)特性。例如,所有天然存在的材料都具有正折射率。然而,超材料通過人為設(shè)計(jì)可以擁有負(fù)折射率,這意味著光線通過這種材料的傳播方向與我們通常見到的方向相反。我們利用超材料可以制造出隱身裝置與超透鏡等結(jié)構(gòu)。

隱身裝置(圖片來源:伯克利實(shí)驗(yàn)室)

超透鏡(圖片來源:Capasso 實(shí)驗(yàn)室 / Harvard SEAS)

因?yàn)楣鈱W(xué)超材料的微結(jié)構(gòu)必須小于它們作用的波長(zhǎng),所以制造工作在可見光波長(zhǎng)上的光學(xué)超材料需要的結(jié)構(gòu)尺寸大約是100納米或者更小。

勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家、該項(xiàng)目首席研究員 Anna Hiszpanski 表示:“我們已經(jīng)演示了一種可擴(kuò)展的方法,通過低于100納米的可調(diào)諧微結(jié)構(gòu),在平方厘米的面積上創(chuàng)造出金屬納米線陣列和網(wǎng)格。我們能夠?qū)崿F(xiàn)的結(jié)構(gòu)尺寸,與傳統(tǒng)納米加工技術(shù)制造出的結(jié)構(gòu)尺寸相仿或者更小。并且,我們是在與現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用相關(guān)的大得多的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)?!?/p>

對(duì)于透明電極應(yīng)用來說,這些小型金屬納米網(wǎng)格非常重要,因?yàn)樗鼈兾⑿〉募{米級(jí)直徑使得更多光線可以通過,然而陣列/網(wǎng)格的有序特性可以增加納米線之間電氣觸點(diǎn)的數(shù)量,從而提高導(dǎo)電率。

(圖片來源:參考資料【1】)

Hiszpanski 表示:“排列納米線以增加線與線之間導(dǎo)電連接的數(shù)量,非常有必要,但卻難以完成。在其他研究小組展示過的嵌段共聚物自組裝行為的基礎(chǔ)上構(gòu)造這些結(jié)構(gòu)時(shí),我們已經(jīng)接受了這個(gè)挑戰(zhàn),并創(chuàng)造出有序的金屬納米線網(wǎng)格。我們制造這些有序納米線網(wǎng)格所采用的自下而上的方案非常簡(jiǎn)單,本質(zhì)上可擴(kuò)展到設(shè)備相關(guān)的領(lǐng)域?!?/p>

采用這些傳統(tǒng)超材料納米制造技術(shù)的普通樣本面積是100平方微米,但是團(tuán)隊(duì)可以創(chuàng)造出面積超過平方厘米的納米圖案,這個(gè)面積要高出6個(gè)數(shù)量級(jí)。

勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家、論文合著者 Yong Han 表示:“為了開始在實(shí)驗(yàn)室之外和實(shí)際應(yīng)用中使用這些超材料,很有必要采用覆蓋更大面積的制造方法?!?/p>

下一步就是提升金屬納米線網(wǎng)格的導(dǎo)電率。

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原文標(biāo)題:新型納米線陣列:可提升太陽能電池的效率!

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