奈米碳管為太陽電池帶來新曙光
- 上線日期：2009/10/9 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家利用奈米碳管製作出新型太陽電池，在吸收等量的光子下能產生更多的光電流，其效能將優於現行的光伏電池。他們證明奈米碳管做成的光二極體(photodiode)吸收一個光子能產生多組電子電洞對(electron-hole pair)，不像傳統的光二極體只能產生一組。康乃爾大學參與這項研究的Nathan Gabor表示，這項技術若能應用於大尺寸的太陽電池，勢必能突破以往轉換效率的限制。
現行的光伏電池每吸收一個光子頂多產生一組電子電洞對，然而康乃爾大學Paul McEuen領軍的研究團隊利用單壁式奈米碳管製成光伏電池，打破了這項限制。此裝置由長約3~4μm、管徑介於1.5~3.6 nm的碳管製成，碳管被安置在絕緣基板上的電極之間，在電極上施加偏壓時，電極間的碳管形成一個p-n接面光二極體。
研究人員以雷射光照射光二極體，同時在碳管上施加逆偏壓，並監測光電流。結果在溫度低於90K且施加與電流反向的偏壓時，觀察到多重載子的產生。隨著此偏壓增大，電流呈階梯狀增加。若提高入射光子的能量，電流的階梯會變寬。
通常一個光子只能將一個電子往上激發一個次能帶，康乃爾小組認為多重電子電洞對的產生是由於光子提供碳管電子更大量的能量，使得第二次能帶或以上的電子也可以在二極體中移動並激發其它電子，而當第二次能帶的載子獲得足夠能量去激發額外的電子時，產生的電流就會出現階梯狀改變。
Gabor指出，第二次能帶閥值的存在意味著上述過程幾乎用將所有光子剩餘的能量，再加上電場的能量，一起用來將單一電子轉換成多重電子，這對於實現高效能太陽電池的最終目標相當重要，因為後者追求的就是近乎百分之百地將光能用來激發電子電洞對。詳見Science 325, p.1368 (2009)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/40332
譯者:林建佑(逢甲大學光電學系)
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