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提升四個數(shù)量級 國際科研團(tuán)隊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：5380
最近，一個由美國加州大學(xué)爾灣分校科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊成功在該問題上實現(xiàn)了突破，將純硅光學(xué)性能提升了四個等級。
【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，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)隊成功在該問題上實現(xiàn)了突破，將純硅光學(xué)性能提升了四個等級。
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，動量分布會變寬，變化后的動量會顯著增加至自由空間內(nèi)光子動量的1000倍，與材料內(nèi)部電子的動量相當(dāng)。通過操縱入射光子的動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。
而該研究的一個重要突破，在于其打破了傳統(tǒng)認(rèn)識中，“材料在吸收光時，光子僅會改變材料內(nèi)電子的能量狀態(tài)，實現(xiàn)‘垂直躍遷’”的認(rèn)知。新結(jié)果表明動量增強(qiáng)的光子不僅能改變電子的能量狀態(tài)，還能同時改變其動量狀態(tài)，從而解鎖新的躍遷路徑——對角線躍遷，并顯著提升材料的吸光能力。這對于后續(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硅層進(jìn)行加厚，這不僅提高了生產(chǎn)成本，還會增加載流子從而限制能效。這項新成果相當(dāng)于提供了一個以相同系數(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，新方法無需對材料進(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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