大米发现可能导致廉价,高效的基于金属的太阳能电池

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 大米发现可能导致廉价,高效的基于金属的太阳能电池

等离子体研究表明,如何最大限度地发挥生产“热电子”的

休斯敦 - (2015年7月22日) - 莱斯大学的新研究可能使工程师能够更轻松驾驭的光捕获纳米材料的功率,以提高效率,降低光伏太阳能电池的成本。

虽然国内太阳能能源产业 成长 由2014年的34%,基本技术的突破都需要,如果美国是为了满足其 国家目标 减少的 太阳能成本 电力到每千瓦时6美分。

在一个 研究 在自然界通讯7月13日公布,从米实验室的科学家对纳米光子学(LANP)描述了一种新方法,该方法的太阳能电池板设计人员可以使用掺入光捕获纳米材料成未来的设计。通过应用创新的理论分析,观察了首个,其独一无二的实验装置,LANP研究生鲍勃·郑和博士后研究助理亚历manjavacas创建了一个方法,它的太阳能工程师可以用它来确定的任何安排电力生产潜力金属纳米颗粒。

LANP研究人员研究光捕获纳米材料,包括将光转换成金属纳米粒子 等离子体,横跨颗粒表面流动像流体的电子波。例如,最近LANP等离激元的研究已导致突破 彩色显示技术, 太阳能蒸汽产生颜色传感器模仿眼睛.

“当你在金属纳米颗粒或纳米结构光线照射时发生的有趣的现象之一是,你可以激发金属到一个更高的能级电子的某个子集,”郑说,谁与LANP主任和研究合作工作创作内奥米·哈拉斯。 “科学家们所说的这些‘热载流子’或“热电子。'”

哈拉斯,太阳城网站网址斯坦利℃。电气和计算机工程和化学,生物,物理和天文学教授和材料科学和纳米工程学的莫尔教授表示,热电子是太阳能能源应用特别有趣,因为它们可以被用来创建产生直流电或驱动装置上惰性的金属表面的化学反应。

当今最有效的光伏电池使用从像镓和铟稀有和昂贵的元件制成半导体的组合。哈拉斯所述降低制造成本的一种方法是掺入高效率聚光等离子体激元纳米结构具有低成本半导体,如金属氧化物。除了是为了使更便宜,等离激元纳米结构具有可以通过改变它们的形状被精确地控制光学特性。

“我们可以调整等离子体结构在整个太阳光谱捕获光,”哈拉斯说。 “基于半导体的太阳能电池的效率不可能以这种方式,因为半导体的固有的光学特性的扩展。”

电浆方法已经出现,但收效甚微已经试过了。

郑洁说,“基于等离子激元,光伏发电都具有典型的低效率,而且还没有完全清楚是否这些从基本的物理限制或低于最佳设计出现了。”

他和哈拉斯说manjavacas,理论物理学家小组LANP研究员彼得nordl和er的,在新的研究中进行工作,提供了一个基本的洞察热电子生产的基于电浆的设备基础物理学。

manjavacas说,“要利用光子的能量的,它必须被吸收,而不是分散的退了出去。因为这个原因,很多以前的理论工作的重点放在理解电浆系统的总吸收。”

他说了 最近的例子 这样的工作的来自另一个大米研究生,阿里sobhani,其中浓缩的金属半导体界面附近的吸收开拓实验。

“从这个角度来看,可以确定产生的电子的总数,但它没有提供确定其中有多少电子的实际上是有用的,高能量,热电子的方式,” manjavacas说。

他说,郑的数据允许更深入的分析,因为他的实验装置选择性地从他们的,充满活力的程度较低的过滤高能量的热电子。要做到这一点,郑创建两种类型的电浆设备。每个包括一个等离子体激元纳米线金顶上二氧化钛的半导体层构成。在第一设置中,金直接坐在半导体,并且在第二,置于金和二氧化钛之间的纯钛的薄层。第一设置创建的称为肖特基势垒和只允许热电子从金到半导体通过微电子结构。第二设置允许的所有电子通过。

“实验清楚地表明,一些电子比别人更热,这使我们能够关联本系统提供的某些特性,” manjavacas说。 “特别是,我们发现,热电子没有与总吸收相关。他们被称为场强度增强不同的,等离激元机构驱动“。

LANP研究人员和其他人员多年来一直在开发技术,以加强光子结构的磁场强度增强了单分子检测和其他应用程序。征和所述manjavacas它们进行进一步的测试,以修改其系统,以优化热电子的输出。

哈拉斯说,“这是朝着实现电浆技术太阳能光伏发电的一个重要步骤。本研究提供了一个路径增加等离激元的热载流子器件和显示,它们可以是用于将太阳光转换成可用的电能有用的效率“。

额外的合着者包括吭气赵和迈克尔·麦克莱恩,无论是大米。这项研究是由韦尔奇基金会,海军研究办公室和科研的空军办公室的支持。

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高分辨率图像是可供下载:

photo of Bob Zheng

 

 

 

 

 

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标题:鲍勃·郑
信用:莱斯大学

 

Photo of Alej和ro Manjavacas

 

 

 

 

 

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标题:亚历杭德罗·manjavacas
信用:杰夫fitlow /莱斯大学

 

 

 

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字幕:稻研究者选择性地从使用具有上的二氧化钛半导体金纳米线创建的肖特基势垒(左)其高能少同行过滤高能量热电子。第二设置(右),这没有滤波器基于能级的电子,包括黄金和二氧化钛之间的钛薄层。

信用:乙。郑/莱斯大学

自然通讯文件的副本,请访问:

//www.nature.com/ncomms/2015/150713/ncomms8797/abs/ncomms8797.html

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Located on a 300-acre forested campus in Houston, Rice University is consistently ranked among the nation’s top 20 universities by U.S. News & World Report. Rice has highly respected schools of Architecture, Business, Continuing Studies, Engineering, Humanities, Music, Natural Sciences and Social Sciences and is home to the Baker Institute for Public Policy. With 3,888 undergraduates 和 2,610 研究生,太阳城网站网址本科学生与教师的比例刚刚超过6比1。其住宿学院制度建立紧密的社区和终身的友谊,只有一个原因,大米是由普林斯顿评论和私立大学中的最佳值由吉普林个人理财排名较高的生活质量最好。阅读“他们说大约饭什么,”去 这里.

关于玉博伊德

玉博伊德是科学编辑和公共事务的莱斯大学的办公室新闻和媒体关系的副主任。