利用STM式接面擷取太陽能
- 上線日期：2010/5/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)是利用金屬探針與導電樣品間的微小穿隧電流來進行量測，最近，比利時、韓國及美國的研究人員提出利用類似STM的金屬-真空-金屬接面，來擷取太陽能的想法。他們的設計包含一根尖銳的金屬針及金屬平板，兩者之間是寬僅數奈米的真空。他們發現這種接面結構可以用來幫頻率介於紅外至可見光範圍的交流(AC)電壓整流(rectify)，因此可望用來製作連結光子與電子線路的光二極體(optical diode)，它也提供了將太陽輻射能量轉換成直流(DC)電流的方法。
上述接面的整流特性來自於其幾何上的非對稱性：入射光的電場會被金屬針尖放大，當電場的方向朝下時，接面內會感應產生大的環狀電流，而上方的金屬板沒有放大電場的作用，所以當電場朝上時，只有很小的環狀電流，因此在振盪的電場下，會有一淨DC電流通過接面。
上述想法要能運作的關鍵在於，電子必須在電場變號前就越過接面。由於兩金屬相距僅數奈米，電子只需飛秒(femtosecond)左右就能越過接面(此即典型的穿隧時間)，因此頻率高達1015Hz的輻射也能加以整流。
這個由比利時Namur-FUNDP大學的Alexandre Mayer領導的跨國團隊針對上述系統進行了量子立學計算，含蓋了單頻及全頻分佈下的整流效果，以模擬聚焦後的太陽光束，結果發現該系統確實能有效整流頻率範圍從紅外至可見光的入射光。他們也分析了該元件將入射輻射能量轉換成電能的效率，得到的量子效率高達25%。研究人員認為如果採用更大型的金屬突起，應該還能得到更高的效率。
研究人員也發現，金屬針尖的偏振共振(polarization resonance)現象可提升接面的整流效果，換言之，研究人員可藉由選擇具有不同偏振共振頻率的材料以及金屬針的尺寸，來控制電磁輻射能量轉換效率最高的頻率。詳見Nanotechnology 21, 145204 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42620
譯者:郭西川(彰化師範大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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