斯坦福大学的研究人员已经取得了新的记录。他们开发了最薄的吸收光的材料-一种纳米结构，能够吸收近100％的可见光。研究人员认为，这种新结构（比一张纸还要薄数千倍）应该有助于创建效率更高的太阳能电池以及生产成本更低的太阳能电池。
“这四个晶圆包含有史以来最薄的吸光层。”斯坦福大学Mark Shwartz
吸收光的最薄材料，因为……
斯坦福大学化学工程学教授，研究团队成员Stacey Bent表示：“用最少的材料来实现对可见光的完全吸收，对于许多应用来说，都是非常理想的，包括将太阳能转换为燃料和电力。”“我们的结果表明，一层极薄的材料可以吸收特定波长几乎100％的入射光。”
如前所述，新的吸收器最终将有助于降低太阳能电池的制造成本-本质上，太阳能电池越薄，所需的材料越少，生产成本就越少。这就是近年来驱使人们制造出越来越薄的结构，使其仍保持吸收高比例太阳能或光的能力的原因。
到底什么是吸光材料？
斯坦福大学解释了这种新型吸收器的细节：
对于这项研究，斯坦福大学的研究小组制造了薄薄的晶圆，上面散布着数万亿个圆形的金颗粒。每个金纳米点高约14纳米，宽约17纳米。
理想的太阳能电池将能够吸收整个可见光谱，从长400纳米的紫光波到长700纳米的红波，以及不可见的紫外和红外光。在实验中，博士后学者卡尔·哈格隆德（Carl Hagglund）和他的同事们能够调谐金纳米点，以吸收光谱中一个点的一种光：约600纳米长的红橙色光波。
新研究的主要作者哈格伦德说：“就像吉他弦一样，当您对其进行调谐时，其共振频率会发生变化，金属颗粒的共振频率可以进行微调以吸收特定波长的光。”“我们调整了系统的光学特性，以最大程度地吸收光。”
这种吸光剂是如何产生的
这些金纳米点填充的晶圆是通过附近日立工厂的一种称为嵌段共聚物光刻的方法制造的。制造后，每个晶圆每平方英寸大约包含5200亿个纳米点-在显微镜下观察时，排列成六角形阵列，看起来像蜂窝状。
制造完成后，研究人员随后利用称为原子层沉积的工艺在晶圆顶部形成了薄膜涂层。哈格隆德说：“这是一种非常吸引人的技术，因为您可以均匀地涂覆颗粒，并将膜的厚度控制在原子级以下。”“这使我们能够简单地通过改变点周围涂层的厚度来调整系统。人们已经建立了这样的阵列，但是他们没有将它们调整到最佳的光吸收条件。那是我们工作的一个新颖方面。”
记录：吸收可见光的最薄材料
当然，所有工作都得到了回报–结果创下了记录。Hagglund表示：“涂层晶圆吸收了99％的红橙色光。”“我们还实现了金纳米点本身的93％吸收。每个点的体积相当于一层仅1.6纳米厚的金，使它成为有记录以来最薄的可见光吸收体，比市售薄膜太阳能电池吸收体薄约1,000倍。”
吸收器的厚度几乎是原来的三倍，因此打破了记录，因此新的吸收器是一个非常重大的进步。
下一步
研究人员现在计划开始在实际的太阳能电池中测试吸收器，以证明该技术可以在这种环境下工作。
斯坦福大学纳米结构高效能量转换中心联合主任本特说：“我们正在研究使用可以吸收阳光的超薄半导体材料建造的建筑物。”“然后将对这些原型进行测试，以了解我们如何有效地实现太阳能转换。”
根据研究人员的主要目标，是最终开发太阳能电池，以尽可能少的材料完成对太阳光的吸收。她说：“当然，这样做可以最大程度地减少制造设备所需的材料。”“但是人们期望它也将带来更高的效率，因为通过设计，电荷载流子的生产将非常接近所需的位置，也就是说，电荷收集的位置将被收集以产生电流或驱动电流。化学反应。”
这项新研究刚刚发表在科学期刊《纳米快报》的在线版上。
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