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  • 广谱太阳能漏斗的可视化。

    广谱太阳能漏斗的可视化。

    图片:颜良

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漏斗太阳的能量

广谱太阳能漏斗的可视化。

澳门太阳城最新网站的工程师提出了利用光子的电力,以用于捕获太阳能的更广泛的潜在的新方法。


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以利用太阳光的能量来产生电力的更广谱的探索已经采取了全新又与一个“太阳能漏斗”即需要弹性应变下优点的材料的提案。

“我们正在尝试使用弹性应变,产生了前所未有的性能,”鞠丽,纸的澳门太阳城最新网站教授及相应的作者描述新太阳能概念的漏斗,这是说 本周公布 在日记 自然光子学.

在这种情况下,“漏斗”是一个隐喻:电子和它们的对应,孔 - 其由原子通过光子的能量分裂 - 被驱动到所述结构的由电子力的中心,而不是在重力作用下如在家庭漏斗。然而,当它发生时,材料实际上做假定的漏斗的形状:它是难以察觉的薄材料制成的拉伸片材,戳向下在由该缩进表面,并产生一个弯曲的,漏斗状的形状的显微针的中心。

由针所施加的压力赋予弹性应变,其朝向纸张的中心而增加。变化的应变变化的原子结构刚好够“调整”不同部分,以不同波长的光 - 不仅包括可见光,但也有一些不可见光谱,占太多的阳光的能量的。

李,谁拥有联合任命为核科学与工程巴特尔能源联盟教授,材料科学和工程教授,看到了应变的材料操纵如打开的研究一个全新的领域。

应变 - 定义为推动或材料的拉成不同形状 - 可以是弹性的或无弹性的。小凤钱,核科学与工程谁是论文的合着者的澳门太阳城最新网站的部门的博士后,解释弹性应变对应于拉伸原子键,而缺乏弹性,或塑料,应变对应于断裂或交换原子键。被拉伸和释放弹簧是弹性应变的一个例子,而一块揉皱锡箔的是塑性应变的情况。

新的太阳能漏斗工作采用精确控制的弹性应变来管理电子的电势在所述材料。使用计算机建模MIT的研究小组,以确定对二硫化钼的薄层中的应变的影响(MOS2),可形成薄膜只是一个单一的分子(约六埃)厚的材料。

事实证明,弹性应变,因此,改变了在电子的势能引起的,与它们的距离改变从漏斗的中心 - 很像一个氢原子的电子,除了这种‘人造原子’是在尺寸大得多并且是二维的。在未来,研究人员希望能够进行实验室实验,确认效果。

不同于石墨烯,另一个突出的薄膜材料,金属氧化物半导体2 是天然的半导体:它具有至关重要的特性,被称为带隙,即允许它被制作成太阳能电池或集成电路。但不同于硅,现在在大多数太阳能电池中使用,将所述膜在“太阳能漏斗”下应变配置导致其带隙在整个表面上变化,以使得它的不同部分以不同颜色的光的响应。

在有机太阳能电池中,电子 - 空穴对,称为激子,随机穿过材料的光子生成后移动时,限制用于能源生产的能力。 “这是一个扩散过程,”钱说,“这是非常低效的。”

但在太阳能漏斗,他补充说,该材料的电子特性“导致他们收集的网站[在影片的中心],这应该是电荷收集效率更高。”

的四大趋势收敛,李说,“最近开设了这个弹性应变工程领域”:纳米材料,如碳纳米管和马鞍山的发展2,其能够保持大量无限期弹性应变的;原子力显微镜和下一代纳米机械工具,其以受控的方式施加力的发展;电子显微镜和同步加速器设施,直接测量弹性应变场需要;和电子结构计算方法用于预测在材料的物理和化学性质的弹性应变的影响。

“人们知道了很长一段时间,通过施加高压,可以引​​起材料特性的巨大变化,”李说。但最近的工作已经表明,控制在不同的方向,如剪切和张力应变,可产生巨大的各种性能。

弹性应变工程的第一商业应用之一是实现,由IBM和英特尔,在电子的速度提高了50%的通过简单地赋予对晶体管纳米级硅通道1%的弹性应变。

“这项工作概述了新颖和有关应变设计的光学器件有趣的想法,说:”恩硕士,约翰霍普金斯大学材料科学与工程教授,谁没有参与这项研究。 “这个理论和计算的示范,使用图表从计算模型中所示,可引导设备的将来的设计和工程在实验室,”例如为电的从太阳光高效提取。

这项工作是与北京大学和成伟煌吉丰完成,由美国支持美国国家科学基金会,美国科学研究空军办公室和中国国家自然科学基金。


主题: 电力, 能源, 学院, 全球, 材料科学与工程, 美国国家科学基金会(NSF), 核科学与工程, 物理, 研究, 太阳能

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