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提升四個(gè)數(shù)量級(jí) 國際科研團(tuán)隊(duì)為純硅材料帶來新突破
2024年09月26日 11:51:45 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:小王 點(diǎn)擊量:5434

最近,一個(gè)由美國加州大學(xué)爾灣分??茖W(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊(duì)成功在該問題上實(shí)現(xiàn)了突破,將純硅光學(xué)性能提升了四個(gè)等級(jí)。

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】純硅是一種間接帶隙半導(dǎo)體,這也使得其在吸收光子時(shí),電子不僅需要改變能量狀態(tài),還需要聲子的輔助來改變動(dòng)量狀態(tài)。這種間接躍遷過程導(dǎo)致硅的光學(xué)性質(zhì)相對(duì)較弱,吸光效率不高。也正因如此,提升純硅的光學(xué)性能成為了材料科學(xué)和電子工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
 
  而就在最近,一個(gè)由美國加州大學(xué)爾灣分校科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊(duì)成功在該問題上實(shí)現(xiàn)了突破,將純硅光學(xué)性能提升了四個(gè)等級(jí)。
 
  據(jù)悉,該突破基于海森堡不確定性原理,即當(dāng)光被限制在幾納米以下的尺度時(shí),動(dòng)量分布會(huì)變寬,變化后的動(dòng)量會(huì)顯著增加至自由空間內(nèi)光子動(dòng)量的1000倍,與材料內(nèi)部電子的動(dòng)量相當(dāng)。通過操縱入射光子的動(dòng)量可以使純硅從間接帶隙半導(dǎo)體變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體,借而提升光學(xué)性能。
 
  而該研究的一個(gè)重要突破,在于其打破了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中,“材料在吸收光時(shí),光子僅會(huì)改變材料內(nèi)電子的能量狀態(tài),實(shí)現(xiàn)‘垂直躍遷’”的認(rèn)知。新結(jié)果表明動(dòng)量增強(qiáng)的光子不僅能改變電子的能量狀態(tài),還能同時(shí)改變其動(dòng)量狀態(tài),從而解鎖新的躍遷路徑——對(duì)角線躍遷,并顯著提升材料的吸光能力。這對(duì)于后續(xù)研究也有重要的意義。
 
  此外,從產(chǎn)品應(yīng)用的角度來說,純硅是硅基太陽能電池板的重要組成部分,受限于光學(xué)性能,傳統(tǒng)的硅基太陽能電池為了更有效地捕獲太陽光需要對(duì)硅層進(jìn)行加厚,這不僅提高了生產(chǎn)成本,還會(huì)增加載流子從而限制能效。這項(xiàng)新成果相當(dāng)于提供了一個(gè)以相同系數(shù)減少硅層的厚度的新解決方案,通過減少硅層的厚度,可以顯著降低生產(chǎn)成本并提高能效。同時(shí),新方法無需對(duì)材料進(jìn)行任何改變,且可與現(xiàn)有制造技術(shù)集成,有望徹底改變太陽能電池和光電子設(shè)備領(lǐng)域。
 
  這一成果一定程度上代表了科學(xué)家在提升純硅的光學(xué)性能的不斷努力,也為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用拓展提供了有力支持。相信隨著未來研究的深入和技術(shù)的不斷成熟,純硅在光學(xué)和電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。
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