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【推荐】Nature子刊:三明治结构吸收太阳能更高效

来源:新材料在线 时间:2018-09-11
科学家已经开发出一种光电电极, 它可以在金层之间30纳米薄的半导体层中获得85%的可见光,比以前的方法更有效,光能转换是之前的11倍。

在实现可持续发展社会的过程中,利用太阳的可见光能量非常有前景,这就要求人们开发革命性的太阳能电池或人工光合系统,同时还要求使用尽可能少的材料。

由北海道大学电子科学研究所Hiroaki Misawa教授领导的研究小组,一直致力于开发一种光电极,这种光电极通过使用负载在半导体上的金纳米颗粒,可以在宽光谱范围内捕获可见光。但是仅仅涂上一层金纳米颗粒并不能导致足够的光吸收,因为它们吸收的光谱范围很窄。


在《自然纳米技术》“Nature Nanotechnology”杂志上发表的研究中,研究小组将半导体,30纳米二氧化钛薄膜,夹在100纳米金膜和金纳米颗粒之间,用来增强光吸收。当系统受到来自金纳米颗粒侧的光照射时,金膜会作为镜子工作,将光捕获在两个金层之间的空腔中,并帮助纳米颗粒吸收更多的光。

令他们惊讶的是, 超过85%的可见光都被光电极收集,这比以前的方法更加高效。众所周知,金纳米颗粒表现出一种现象,称为局域等离子体共振,它吸收一定波长的光。我们的光电极成功地创造了一种新的条件,其中等离子体和捕获在氧化钛层中的可见光强烈相互作用,允许宽范围波长的光被金纳米颗粒吸收,”Hiroaki Misawa说。

当金纳米颗粒吸收光时,额外的能量触发金中的电子激发,从而将电子转移到半导体。Misawa解释说, 光能转换效率比没有光捕获功能的光转换效率高出11倍。提高的效率还导致水分裂增强:电子将氢离子还原成氢,而剩余的电子空穴将水氧化生成氧这也是一种产生清洁能源的潜在方法

研究人员总结道:“使用极少量的材料,这种光电极就能够有效地将阳光转化为可再生能源,进一步有助于实现可持续社会。”

文章来自sciencedaily网站,原文题目为Solar power: Golden sandwich could make the world more sustainable,由材料科技在线汇总整理。

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