北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生楊雷靜與王勝副研究員作為共同第一作者所撰寫的論文Efficient photovoltage multiplication in carbon nanotubes，于2011年11月1日在《自然》子刊《自然•光子學(xué)》(Nature Photonics，2011，5，PP.672-676)上發(fā)表。該論文報(bào)道了碳納米管光電器件研究的重要突破，也是電子學(xué)系彭練矛教授研究組在碳納米管器件研究領(lǐng)域所取得的最新進(jìn)展。
在地球資源日益匱乏的今天，太陽能作為重要的替代能源具有很多不可超越的優(yōu)勢。基于納米尺度新材料的太陽能光伏器件研究是當(dāng)前國際太陽能光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。碳納米管是直接帶隙材料，一直被認(rèn)為可能在構(gòu)建下一代太陽能電池中發(fā)揮重要影響。并且，半導(dǎo)體的單壁碳管具有獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，以及很好的紫外到近紅外的寬譜光吸收特性，可以充分地吸收利用太陽光。先前的研究已證明，碳管材料構(gòu)建的光伏器件具有光生載流子倍增效應(yīng)，利用這種效應(yīng)構(gòu)建的太陽能電池可能超越理論上預(yù)計(jì)的單個(gè)太陽能電池效率極限。但是大多數(shù)典型半導(dǎo)體碳管器件的光電壓一般小于0.2V，對于實(shí)際應(yīng)用而言小得難以滿足需要。如何非常高效地級聯(lián)碳管太陽能電池以獲得高的光電壓輸出，就成為碳管光伏器件領(lǐng)域富有挑戰(zhàn)性的工作之一。
彭練矛研究組提出采用虛電極對接觸方法，無需傳統(tǒng)的摻雜工藝即可有效地使器件的光電壓產(chǎn)生倍增，具體說來，在一根10μm長的碳管上級聯(lián)5個(gè)電池單元，就可以獲得大于1V的光電壓。這項(xiàng)工作是在彭練矛研究組一系列前期研究的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。2008年，研究組提出采用非對稱接觸電極的方法實(shí)現(xiàn)無需摻雜制備碳納米管二極管，研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials，2008，20，3258)上。 在此基礎(chǔ)上，采用近乎同樣但經(jīng)過改進(jìn)的工藝，又于今年實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)真正意義上的碳管紅外發(fā)光二極管(LED)，其研究論文發(fā)表在《納米快訊》(Nano Letters，2011 ，11，23)上。
這項(xiàng)研究得到了國家重大科學(xué)研究計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金委員會的資助。
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