前沿科技之海胆形状的纳米结构帮助提高光伏转化效率

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瑞士联邦材料测试与开发研究所（简称：EMPA）的研究员成功使用简单的电化学方法在聚苯乙烯微珠颗粒上生长出海胆形状的纳米结构。海胆刺状结构由氧化 锌纳米线组成。这种结构化的表面可以被用来提高光伏产品的转化效率。赋予材料新特性的工艺往往复杂且重复性差，但令人感到惊讶的是，科学家报告的新工艺不 仅使用了廉价的原材料，而且不需要昂贵的设备。


这些成果是位于瑞士图恩湖的EMPA下属的材料和纳米结构实验室（Mechanics of Materials and Nanostructures Laboratory）的科学家Jamil Elias和Laetitia Philippe取得的。他们使用聚苯乙烯小球实现似脚手架的功能，在多种衬底材料上生长出半导体氧化锌三维纳米结构。这两位科学家相信这种有序结构化表面可以被广泛用于电子和光电子器件，比如太阳能电池，短波激光器，LED和场致发射显示器（field emission display） 科学界对此反映迅速，相关论文于2010年1月份发表在Advanced Materials在线版，当月就成为最热门下载的文章，4月被选为封面内页。该纳米结构制作过程背后的原理其实很简单。直径几微米的聚苯乙烯微球被放置在导电表面，微球会自发组成规则图样。聚苯乙烯价格便宜而且使用广泛（例如包装材料和泡沫塑料）。

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这些聚苯乙烯微珠作为沉积纳米线的模板。Jamil Elias已经成功使用自己开发的电化学方法，通过改变聚苯乙烯小球的导电和电解性质来沉积氧化锌。经过一段时间后，纳米线就会在小球表面生长。在生长过程结束后，移除其中的聚苯乙烯，只留下空心的带刺球状结构，像海胆一样，使得结构的表面积大大增加。 这种纳米结构的表面注定会被用于光伏应用，研究员预计它会有卓越的散射特性。这意味着表面可以吸收更多阳光，将光辐射更高效得转化为电能。在一项瑞士联邦能源部（Swiss Federal Office of Energy ）资助的项目中，Laetitia Philippe和她的研究团队正在开发基于这种纳米结构的太阳能电池超薄吸收层（EATs）