科学家造最薄纳米吸光器 或降低太阳能电池成本

美国科学家制造出了迄今最薄的有效可见光吸光器，这种纳米结构的厚度仅为普通纸的千分之一，最新设备有望降低太阳能电池的成本并提高其光电转化效率。研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。参与该研究的斯坦福大学化学工程学教授斯泰西·本特说：“太阳能电池越薄，需要的材料越少，成本也就越低。我们目前面临的挑战是，在减少太阳能电池厚度的同 时不损失其吸收太阳光并将之转化为清洁能源的能力。最新设备做到了这一点——非常纤薄的一层材料就几乎可将特定波长的入射光全部吸收。”

理想的太阳能电池应该能将可见光光谱上的所有光收纳其中——从波长400纳米的紫色光波到波长700纳米的红色光波以及不可见的红外线和紫外线。在最新研究中，科学家们制造出了一些纤薄的圆片，其上布满了5200亿个约14纳米高、17纳米宽的圆形的金纳米点。
该研究的主要作者、博士后研究员卡尔·赫格和同事使用原子层沉积过程，在圆盘上添加了一层薄膜涂层，利用这一技术，他们能整齐划一地包裹粒子并将薄膜厚度控制到原子级，由此可以仅仅通过改变纳米点周围涂层的厚度来调谐系统，这也是最新研究的一个亮点。

随后，赫格和同事让这些经过调谐的金纳米点吸收波长为600纳米的橘红色光。赫格解释道：“金属粒子有一个共振频率，可对其调谐让其吸收特定波长的光，我们对新系统的光学属性进行了调谐以便让其吸光率达到最大。”

最终得到的结果创造了新纪录。赫格说：“这种有涂层的圆盘对橘红色光的吸收率高达99%；金纳米点本身对光的吸收率也高达93%。每个点的体积约等于1.6纳米厚的一层金的体积，这就使它成为迄今最纤薄的可见光吸收设备，其厚度仅为目前商用薄膜太阳能电池吸光器的千分之一。”

本特补充道，他们的下一个目标是，希望通过实验证明这一技术能用于实际的太阳能电池中，最终目标是使用最少量的材料来吸收最多的太阳光，研发出性能更好的太阳能电池和太阳能燃料设备。

另外，他们也在考虑用其他比金便宜的金属制造纳米点阵列。赫格表示：“选择金是因为其在实验中的化学性能更加稳定。尽管金的成本实际上可以忽略，但银也不失为一个好选择，因为银更便宜，而且光学表现也更好。”