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太阳能超材料 作者：凯瑟琳•波尔扎克 发稿时间：2010-05-07 09:43:07 点击：303 加州理工学院的一个研究小组发明了一种可提高太阳能电池效率的材料。 为了让太阳能电池更充分地利用阳光，加州理工学院的研究人员已设计出了一些材料，它们可以以不寻常但精确的 角度朝向可见光，不考虑光的偏振。科学家希望这些材料是迈向完全透明的太阳能电池涂层——可以使光线直接进入太 阳能电池的活跃区域以提高其输出功率——的重要一步。 太阳能材料：加州理工学院的研究人员斯坦利•布尔戈斯（Stanley Burgos）使用聚焦离子束显微镜研究一种新的 超材料。该材料的微观结构在计算机屏幕上可见，可以进行调节以不同的方式与光线进行相互作用。 来源：斯坦利•布尔戈斯 许多研究人员正在致力于研究新型的抗反射太阳能电池涂层，希望使更多的光线进入太阳能电池。加州理工学院 的研究小组包括应用物理和材料科学教授哈里•阿特沃特（Harry Atwater）和研究员斯坦利•布尔戈斯，该小组通过在纳 米和微观层面精确地裁制材料结构，创造出“超材料”——它能展现出在天然材料中还未被发现的光学特性。在最近的工 作中，阿特沃特和他的同事证实，不考虑光的偏振能精确控制可见光路径的材料是超材料的首要特性。 加州理工学院研究的超材料是几百纳米厚的金属薄膜。薄膜上有圆形空腔，每个空腔的周围有丝状的用同一材料 制成的柱形物。金属丝和空腔壁之间的空间填满了第二种金属。根据图案的尺寸，该材料将不同颜色的光线弯曲或折射 成不同的角度。阿特沃特示，此项目的目标是使薄膜的折射率恰好等于空气的折射率。这种物质不会使任何光线弯曲， 而会无反射地完全传导。当光线从一种介质移动到另一种介质，它会分散——这就是为什么一根吸管在一杯水中看上去 似乎被折断了。水和空气的折射率存在着差异。一个涂有与空气具有相同折射率的涂层的太阳能电池将不会反射任何光 线。 阿特沃特研究小组制作的薄膜是金属导体，也可作为太阳能电池的上电极。阿特沃特说，虽然有些超材料的设计 实现起来很复杂，涉及多层结构，但这些单层薄膜，可利用芯片制造行业普遍使用的光刻和蚀刻技术生产出来。 伊利诺伊大学乌尔班-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的材料科学和工程教授尼古拉斯• 方（Nicholas Fang）说，这种材料解决光偏振的能力令人兴奋。但他表示，在超材料工程领域剩下的主要问之一是能 量损耗。由于这些金属结构与光进行相互作用，他们失去能量用来加热。在阿特沃特目前的材料中，这种热损失是如此 之大以至于入射的光线中只有 40%通过材料。 对于太阳能的应用，阿特沃特表示，他的目标是光线通过率达 90%的超材料薄膜。为此，他的研究小组和该领域 的其他研究人员正在研发当光线通过超材料时将光线放大的方法。光放大器用于激光和电信，将其纳入如阿特沃特发明 的薄膜中，可使超材料找到在太阳能电池等设备中实际应用的途径。