科学家开发新纳米结构，帮助提高光能转换效率

【Technews科技新报】科学家现在找到了一种新的、更快、更好的能源转换方法，他们创造一种混合纳米材料，可以加速将光的能量转换为热电子，进而提高太阳能效率，为相关光伏技术带来巨大进步。这种长度仅十亿分之一米（10-9 m）的纳米材料由美国能源部辖下阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）团队开发，可以从光子中利用所有能量。通常，在较大的粒子中很少看到活力十足（动能极高）、能量接近光子的热电子（hot electron），所以科学家必须透过更小的粒子帮助，于是研究人员首先对负责吸收光的金属与纳米材料结构进行了调整，这是增加高能电子数量的第一步骤。为了找出哪些混合纳米材料可以产生最多热电子，研究人员尝试过很多种组合，最后他们宣布获胜者：以氧化铝隔离片分隔的银纳米方块和金属薄膜，两者耦合能进一步增强光的能量，其中一个关键在于这种纳米结构比起其他结构，可从更广的光谱范围中（近红外光、可见光到紫外光）产生热电子。团队以瞬态吸收光谱仪测量热电子浓度的变化率，判定热电子在何时、以何种方式失去能量，这样可以帮研究人员找到一个减少能量损失的线索，或建立趁热电子未遗失能量前赶紧提取的方法。此外，纳米结构包含不同能带，会影响热电子在带内行进的衰变速率，也因此不同种类的电子最后会有寿命也不一，这取决于它们在材料中的行进方向。论文合著者之一 Matthew Sykes 解释说，你可以想像有些电子是行驶在高速公路上的车辆，如果交通不壅塞，很少遇到其他车，那么电子可以在更长时间内保持更高的速率；相反的，如果有些电子不幸遇到交通繁忙的上下班车潮，它们不得不放慢速度，而这将影响热电子被激活后可以存活的时间。