新纳米线技术可使太阳能电池和发光二极管更高效

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亚利桑那州立大学的研究人员称，先进的纳米线技术可能成为更高效的光伏电池以及发光二极管（LED）的关键。
由电气工程师Ning Cun-Zhen(音：宁存政)和 Pan Alian(音：潘阿连)领导的研究小组正在测试四元合金半导体纳米线材料，以改善其性能。
四元合金通常由两个或更多的化合物半导体熔合形成，是太阳能电池、LED、可见光和红外探测器的主要材料。
半导体最重要的参数之一是带隙，它决定了太阳能电池可吸收太阳光的波长，LED可以发出什么颜色的光。
宽广的能覆盖太阳光谱范围的带隙能达到最高的太阳能电池效率，宁先生说。他也是亚利桑那州立大学电子、计算机与能源工程学院的教授，该学院隶属于Ira A. Fulton工程学院。
在LED的应用上，更大的带隙意味着可以发出更多的颜色，可以为灯光色彩渲染或工程提供更多的灵活性，他补充说。
但是，每个人工或天然的半导体只有一个特定的带隙，他说。
解决这个问题的一个方案是将两个或多个半导体熔合，通过调整各半导体在其中的相对比例，有可能在半导体之间开发出新的带隙。

但是，这需要一种被称为晶格常数匹配的条件，即两个半导体材料的周期性原子结构要能交替生长。
“所以我们不能随意分配合金比例来实现任意带隙，”宁先生指出，“目前太阳能电池效率低下，发光二极管灯光颜色不能调节以适应多种情境，带隙缺乏是其中的原因之一。”
研究小组试图使用一种新方法将两个半导体——硫化锌、硒化镉熔合，形成更广范围的带隙，生产四元半导体合金ZnCdSSe。
宁先生称，这是第一次以纳米线或纳米颗粒的形式来合成四元半导体。
该小组还开发了一个横向多节的设计与分散结合，以评估四元合金材料的使用，使光伏电池更有效率。
对分光浓度或光谱分割浓度概念的集中探索已经进行了几十年，但一般的应用产品为每个单独的波段使用单独的太阳能电池。
新材料将使研究人员可以建造单片横向超级电池，它包含多个并行子单元，每个单元可以最大地利用特定的波长，能够吸收整个太阳光谱。
这种太阳能电池将能够以低制作成本实现极高的效率。
同样，拥有很宽波长范围的新四元合金纳米线也可用于色彩工程的灯光产品。
研究小组演示了如何通过控制合金成分实现可扩展至两维空间的色彩控制。这可以用于直接产生白光或用于彩色显示的设计。
该纳米线研究项目由亚利桑那科学基金会和美国陆军研究室支持。


作者：Katrice R. Jalbuena
转自：www.ecoseed.org