美国科学家研发出一种直径仅有人类头发两万分之一的太阳能电池。这种新型电池不仅可以作为电子元件用于微型电路，还是首例能够独立完成光电转化的纳米级设备。

 

形似同轴电缆

 

这种新型纳米太阳能电池由哈佛大学化学教授查尔斯·莱贝尔与同事共同完成。英国《自然》周刊18日刊登研究论文，详细介绍它的结构和工作原理。

 

新型电池是一种具有多层结构的纳米线，形似用于有线电视网络的同轴电缆。但它的直径只有同轴电缆的10万分之一，肉眼几乎不可见，且采用3种具有不同导电性能的光敏硅材料为主材。电池核心是直径约100纳米、覆有硼涂层的长条状硅晶体，外面包裹两层分别厚50纳米的多晶硅层，其中最外一层硅材料覆有磷涂层。

 

阳光照射纳米线时，带负电的电子离开硅晶体，形成正极微孔，也称空穴。电子穿过硅层向外移动，与电子数量相等但极性相反的空穴则向纳米线核心移动。当纳米线与电路接通时，电子和空穴的移动产生电流，把光能转化为电能。

 

拥有三大优点

 

莱贝尔说，在此之前已有科学家试图研发出纳米级光电设备。但所用材料多为有机化合物与半导体纳米结构物质的混合物，不仅能量转化效率低下，还容易在阳光照射下降解。

 

相比之下，新型纳米太阳能电池至少有三大优点。首先，新型电池的光电转化效率较高，一般能达到3%以上，最高时能达到5%。其次，新型电池以硅材料为主材，能够承受集中光照而不受蚀分解。此外，新型电池的制作成本低廉，与其他光电设备相差无几。

 

而从环保角度而言，新型电池作为一种电子元件具备用能清洁、高效、可再生的优点。

 

莱贝尔接受法新社采访时说：“虽然单独一个纳米电子元件耗能很少，但是具备特定用途的电路需要由许多元件相互连接组成，因此即使是纳米结构，耗能也颇为可观。”这种情况下，与“笨重、昂贵、不可再生”的传统能源相比，新型电池所用能源更为先进。

 

还有潜力待挖

 

与现在已有民用太阳能电池20%的光电转化率相比，新型纳米电池还存在一定差距，但是莱贝尔相信，新型电池在提高效能方面还有潜力可挖。

 

莱贝尔和同事下一步研究目标之一，就是要想办法克服新型电池晶体现存缺陷，提高它的能量转化效率。他说：“我们的目标是（把效率）提高到15%。”

 

此外，莱贝尔认为新型电池在为纳米电子设备供能方面也达到了一定高度。研究表明，新型电池能够利用阳光独立产生200皮瓦功率，足以为微型电路持续稳定供能。

 

莱贝尔说，未来不到10年时间内，不论是在民用设备领域、生物恐怖主义监控领域还是内科诊断领域，这种微型电池技术有望发挥核心作用。