更好的太阳能电池更好的LED灯和广泛的光学可能性

纳米线中原子水平的变化为太阳能电池和LED灯的改进提供了巨大的可能性。NTNU研究人员发现，通过调整单个纳米线上的小应变，它们可以在LED和太阳能电池中变得更加有效。

NTNU的研究人员Dheeraj Dasa和Helge Weman与IBM合作，发现砷化镓可以通过小应变进行调整，以便作为单个发光二极管或光电探测器有效运行。这是由特殊的六方晶体结构(称为纤锌矿)促进的，NTNU研究人员已经成功地在NTNU的MBE实验室中成长。结果本周发表在Nature Communications上。

过去几年，NTNU的纳米线和石墨烯研究取得了重大突破。2010年，Helge Weman教授，Bjørn-Ove Fimland教授和Ton van Helvoort教授及其学术团队在该领域首次公开发现了他们的开创性发现。

专注于生长纳米线的研究人员成功控制了纳米线生长过程中晶体结构的变化。通过改变物质中的晶体结构，即改变原子的位置，物质可以获得全新的性质。NTNU研究人员发现了如何改变由砷化镓和其他半导体制成的纳米线中的晶体结构。

为此，奠定了更高效的太阳能电池和LED的基础。

“我们的发现是我们可以原子地操纵结构。我们能够在纳米线的生长过程中操纵原子并改变晶体结构。这开辟了巨大的新可能性。我们是世界上第一个谁能够制造出具有不同晶体结构的新型砷化镓材料，“电子和电信部的Helge Weman说。

这个过程也存在于自然界中。例如，金刚石和石墨 - 后者用作铅笔中的“铅” - 由相同的碳原子组成。但他们的晶体结构是不同的。

现在，研究人员还可以在原子水平上改变纳米线的结构。

石墨烯，超级材料

下一个重大新闻出现在2012年。那时，研究人员已经设法使半导体纳米线在超级材料石墨烯上生长。石墨烯是有史以来最薄和最坚固的材料。这一发现被描述为太阳能电池和LED组件发展的革命。

随着时间的推移，石墨烯可以取代硅作为电子电路中的组件。如今，硅被用于生产电子和太阳能电池。石墨烯的导电速度比硅快100倍，并且只有一个原子厚度，而硅晶圆的厚度通常是数百万倍。石墨烯在短短几年内也可能比硅更便宜。

该研究小组在石墨烯方法方面受到了很多国际关注。Helge Weman和他的NTNU联合创始人Bjørn-Ove Fimland和Dong-Chul Kim已经建立了CrayoNano AS公司，与一项在石墨烯上生长半导体纳米线的专利发明合作。该方法称为分子束外延(MBE)，并且该混合材料具有良好的电学和光学性质。

“我们正在展示如何使用石墨烯制造更有效和灵活的电子产品，最初是太阳能电池和白色发光二极管(LED)。未来拥有更先进的应用，”Weman说。

高效太阳能电池

“我们的目标是创造比用薄膜技术制造更有效的太阳能电池，”Weman强调说。

薄膜技术是太阳能电池技术的术语。该技术开发了超薄太阳能电池板，其中将太阳光转换成电的有源层的厚度不超过三微米，即三千一毫米。重量轻，便于太阳能电池的运输，安装和维护，实际上它们可以像大多数建筑物上的屋顶毡一样铺开。

现在，纳米线和石墨烯的结合促进了更广泛和更灵活的太阳能电池。

在像砷化镓这样的薄膜中，原子被立即放置在固定的预定结构中。当研究人员操纵纳米线内部的原子结构时，它们可以生长立方和六方晶体结构。不同的结构具有完全不同的性质，例如当涉及光学性质时。

新发现，新的可能性

在过去的几年里，该研究小组研究了GaAs纳米线中独特的六方晶体结构。

“与IBM合作，我们现在已经发现，如果我们拉伸这些纳米线，它们的功能就像发光二极管一样。而且，如果我们按下纳米线，它们就可以很好地用作光电探测器。这可以通过六角形晶体结构来促进，称为wurtzite。它使我们更容易改变结构，以优化不同应用的光学效果。

“它还使我们更好地理解，允许我们设计具有内置压缩应力的纳米线，例如使它们在太阳能电池中更有效。例如，这可以用于开发不同的压力传感器，或者当纳米线弯曲时收获电能，“Weman解释道。

由于这种操纵纳米线晶体结构的新能力，可以创造出产生更高电功率的高效太阳能电池。此外，CrayoNano现在可以在超轻，强大和灵活的石墨烯上生长纳米线，这使得可以生产非常灵活和轻质的太阳能电池。

CrayoNano集团现在也将开始生产用于白色发光二极管的氮化镓纳米线。

“我们的目标之一是在NTNU新安装的MBE机器中制造氮化镓纳米线，以创造具有更好光学性能的发光二极管 - 并在石墨烯上生长它们，使其具有柔韧性，重量和强度。”

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