荷蘭科學家的一項最新研究,為納米半導體晶體中的電子“雪崩效應”(avalanche effect)找到了確鑿的證據。該結果有望為開發經濟高效的太陽能電池鋪平道路。相關論文發表在《納米快報》(Nano Letters)上。
太陽能電池承載著未來大規模電力生產的希望。然而,目前的太陽能電池受到多方面限制,比如相對較低的產電效率(一般為15%左右)和較高的制造成本。一種可能的改進就是,利用半導體納米晶體(semiconducting nanocrystals)來制造新型太陽能電池。在傳統太陽能電池中,一個光子只能精確釋放出一個電子,這些自由電子保證了電池的正常產電工作。釋放的電子越多,太陽能電池的效率就越高。
然而,在一些半導體納米晶體材料中,一個光子可以釋放出兩到三個電子,這也就是所謂的“雪崩效應”。在這種情況下,太陽能電池理論上的最大效率可以達到44%。此外,它們的造價也會更便宜。
實際上,在2004年,美國Los Alamos國家實驗室的研究人員就首次測量了雪崩效應。不過從那時開始,科學界就對雪崩效應是否存在、以及這些測量的價值提出了懷疑。
領導最新研究的是荷蘭代夫特理工大學(Technische Universiteit Delft)和物質基礎研究基金會(FROM)的Laurens Siebbeles教授。他和同事證實,硒化鉛(PbSe)納米晶體中確實會發生雪崩效應。不過,這種效應并沒有之前猜想的那么大。由于研究人員利用超快激光方法進行了更加認真細致的測定,因此新的研究結果或許更為可信。
Siebbeles相信,這項研究會為進一步揭示雪崩效應的奧秘鋪平道路。