宽频光波吸收器助力太阳能电池

材料牛注：还在为太阳能电池的效率担心？近期，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的研究人员研发了一种能够吸收特定频率电磁波的新材料，对于其他频率的光却是透明的。

目前，已经有各种各样的材料能够吸收各个频率的光，例如哈佛大学研究出的二氧化钒，但是这些材料都不适合于长期使用，因为这些材料要么价格昂贵，要么体积庞大。此外，它们只适用于非常窄的频率范围，应用范围受到限制。

为了扩大光吸收器的应用范围，UCSD的科学家们创造了一种新型柔性材料。该材料在红外光波段（波长为1200～2200nm）能吸收87%的光，在光纤通信波段（波长约1550nm）的吸收率更是高达98%，是一种近乎完美的宽频吸收器。以上数据还只是初步成果，研究人员相信最终该材料可以做到只吸收特定频率的光，而让其他频率的通过。例如，只有红外波段的光不能通过，对于可见光却是透明的。

UCSD雅各布工程学院的Zhaowei Liu 教授向我们解释道：该材料是通过交替沉积氧化锌和掺铝氧化锌的纳米管阵列的方法制备的，这些纳米阵列高约1730nm，直径在650～770nm范围。这些纳米管最初沉积在硅片上，然后被转移到轻薄透明的弹性聚合物上。

每个纳米管都可以看做一个半导体装置，通过控制掺杂铝的量来控制自由电子的数量。在该种组合情况下，单纯的氧化锌只有中等数量的自由电子，而铝掺杂的氧化锌有大量自由电子。自由电子运动产生一种表面等离子共振，这种共振出现在金属纳米粒子的表面，来回应某种波长的光，从而阻止该频率的光通过。

一个近期毕业于该研究团队的博士Conor Riley补充道：我们可以通过改变纳米管的物理化学特性来改变自由电子的数量，从而改变吸收电磁波的频率。在这种结构设计中，我们有很多物理参数可以改变，纳米管间距，掺杂材料的种类和数量等。我们的仿真结果表明这些都是可行的。

该种材料的成功研发能够大幅度地提高太阳能电池的效率，电池板可以选择性聚焦吸收特殊波段的光，同时阻挡容易发热的具有破坏性的红外光。此外，该材料还可以用于特殊设备窗口的涂层材料，既让可见光通过，又不产生热量。

当然该材料的应用也存在一定的困难，Donald Sirbuly教授表示：目前纳米材料还不能制备成超过1cm2的大小，在这个方面我们还需要迈出一大步。我们打算分析不同种类的材料和排列方式，进行进一步的尝试。尽管现在距离实际应用仍有一段距离，研究人员相信制备不同光吸收波段的材料指日可待。

该研究结果近期发表在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences.

原文链接："Near-perfect" broadband absorber with potential in solar cells, windows and stealth.

文献链接：Near-perfect broadband absorption from hyperbolic metamaterial nanoparticles.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，陈静编译，点我加入材料人编辑部。

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