东京大学 空心纳米管的透射电子显微镜图像
白色比例尺对应于10纳米(左)
纳米管渲染(右)信用:& copy2019 Iwasa等人
物理学家发现了一种新型的纳米管，这种纳米管在有光的情况下会产生电流
光学传感器和红外成像芯片等设备很有可能成为应用领域，在自动化运输和天文学等领域非常有用
在未来，如果这种效应能够被放大，并且这种技术能够规模化，它将会产生高效率的太阳能设备
东京大学的岩泽义弘教授与一个国际物理学家团队合作，当他遇到灯泡时，他正在探索一种特殊的半导体纳米管的可能功能
他拿着这个众所周知的灯泡(实际上是一个激光器)，把它照在纳米管上，发现了一些有启发性的东西
特定波长和强度的光在样本中感应出电流——这被称为光伏效应
有几种光伏材料，但这种纳米管的性质和行为令人兴奋
Iwasa说:“本质上，我们的研究材料像太阳能电池板一样发电，但方式不同。”
“和博士一起
来自德国马克斯·普朗克固体研究所的张以进，我们第一次证明了纳米材料可以克服一个即将限制当前太阳能技术的障碍
目前太阳能电池板已经尽可能好了，但是我们的技术可以在这一点上有所改进
" 电流感应纳米管是由一种基于二硫化钨(WS2)的特殊半导体材料卷成的薄片制成的
除非卷成管状，这些薄片在有光的情况下不会感应出电流
这是一种新出现的行为，在材料被修改之前，它不是内在的
有趣的是它与现有的光伏材料有何不同
实验纳米管器件的各种迭代
由原子力显微镜和扫描开尔文探针显微镜(右下角)拍摄的图像
信用:& copy2019 Iwasa等人
一般来说，光伏太阳能电池板利用某种被称为pn结的材料排列
这是两种不同的材料(p型和n型)附着的地方，它们单独存在时不会产生电流，但放在一起时会产生电流
自发现以来，pn结光伏电池的效率已经提高了80年左右
然而，它们正在接近它们的理论极限，部分原因是它们需要多种材料的排列
WS2纳米管不依赖材料之间的结来获得光伏效应
当暴露在光线下时，它们会在整个结构或体积中产生电流
这被称为体光伏效应(BPVE)，如果你反转它，WS2纳米管是不对称的
如果它是对称的，感应电流将不会有一个首选的方向，因此不会流动
因此，其他对称的纳米管——比如著名的碳纳米管——尽管是很好的电导体，但并不表现出BPVE
Iwasa继续说道:“我们的研究表明，与其他材料相比，BPVE的效率提高了整整一个数量级。”
“但尽管有如此巨大的收益，我们的WS2纳米管仍无法与pn结材料的发电潜力相比
这是因为该设备是纳米级的，很难做得更大
但这是有可能的，我希望化学家们受到鼓舞去接受这个挑战
" 从长远来看，研究人员希望这种材料可以制造出更高效的太阳能电池板
但考虑到近期可预见的尺寸限制，它更有可能在其他应用中找到用途
BVPE可用于制造更灵敏、保真度更高的光学或红外传感器
它们在嵌入式监控设备、装有传感器的自动驾驶汽车甚至天文望远镜的成像传感器中有进一步的应用
“我和来自世界各地的同事急切地探索这一前所未有的技术的潜力，”Iwasa总结道
“对我来说，创造超越自然所能提供的任何东西的新材料的想法本身就是一种迷人的奖励
" 这项研究发表在《自然》杂志上
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