再度發現神奇材料優點,未處理石墨烯有助光捕獲設備提升電流

發佈日期: 2018 年 12 月 24 日 11:14 | 作者: | 分類: 產業資訊

石墨烯是目前備受關注的奈米材料,外觀基本上呈現像是蜂巢的六角形狀,雖然從發現至今不到 20 年,但由於材料優點多多,不僅又薄又堅硬,也具有電導性高、電阻小等優點,而近期美國科學家又發現該材料全新優勢,指出未處理的(pristine)石墨烯存有高效電荷與高能量流特性,可助光捕獲設備一臂之力,大幅提升光感電流跟光電流。

石墨烯理論上可吸收任何頻率的光,一直以來都是紅外線或是光檢驗設備的理想材料,可用於生物感測、熱成像攝影機或是太陽能電池等應用。

而在傳統太陽能採集(solar energy harvesting)設備中,通常只有在兩種材料中間形成接面時才會產生光電流,就好比太陽能電池中的 PN 接面,當半導體吸收陽光時,PN 接面會產生電子電洞對,之後受到刺激的電子和失去電子的電洞會朝相反方向移動,進而產生電流與電壓。

只不過這是「傳統」設備,石墨烯則是眾多科學家公認的神奇材料,總有不一樣的地方,UCR 物理學副教授Nathaniel Gabor表示,在石墨烯領域中,所有東西無時無刻都在變化。團隊發現在沒有過多電荷的情況下,未處理過的石墨烯也會產生光電流,石墨烯不需要像 PN 接面一樣需要特殊的接點,只要將石墨烯切片、或是把石墨烯原本的梯形線性觸點變成矩形或是錐形等奇形怪狀,就可以進一步控制光電流。

UCR 表示未處理過、無雜質的石墨烯完全是電中性的,當石墨烯連接到其他設備時,會向附近的金屬施加電壓來引入電荷,之後就可以運用電壓調度正負電荷,讓石墨烯片一直處於電中性狀態。

為測試未處理過的石墨烯性能,研究員也將無雜質的石墨烯製成各種幾何形狀,將石墨烯帶(narrow ribbon)與交叉點連接到矩形區域後,科學家可在邊界檢測出較高的光電流與光感電流,電流產生速度也相當快。

團隊製造出來的光捕獲裝置厚度跟原子差不多,雖然目前還沒有在新石墨烯設備實際測試光電流,但若未來實驗有成,將有望嵌入窗戶或是製成半透明設備,也能與其他太陽能收集設備合作,吸收不同波長的光,科學家甚至能透過不同石墨烯形狀來讓設備發出不同的訊號。

得益於石墨烯獨特的電子結構,不僅能有效將光轉換成電,更可讓電在電荷較少的材料中快速移動,而未來科學家也將會持續探索神奇材料石墨烯,說不定能再度找出前所未有的優點。目前研究已發表在《Nature Nanotechnology》。

(首圖來源:UCR。文/DaisyChuang)

announcements 線上投稿     mail 列印
Share