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據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道，英國劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)找到一種方法，只需簡單調(diào)整光捕獲材料的生產(chǎn)工藝，就能使材料性能大幅提高。
科學(xué)家一直在開發(fā)低成本的光捕獲半導(dǎo)體，這種材料利用太陽能為設(shè)備提供動(dòng)力，將水轉(zhuǎn)化為清潔的氫燃料。目前有一種氧化銅半導(dǎo)體材料，價(jià)格便宜、儲(chǔ)量豐富且無毒，但其性能遠(yuǎn)不及占據(jù)半導(dǎo)體市場主導(dǎo)地位的硅材料。
為使氧化銅比現(xiàn)有光伏材料更具競爭力，研究人員需要對其進(jìn)行優(yōu)化，使其受到陽光照射后能更有效地產(chǎn)生移動(dòng)電荷。一種潛在方法是利用單晶薄膜，這種薄膜具有高度有序的晶體結(jié)構(gòu)。然而，制作這些薄膜通常復(fù)雜且耗時(shí)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，通過以特定方向生長氧化銅晶體，使電荷以體對角線穿過晶體，電荷移動(dòng)得更快更遠(yuǎn)，就能大幅提高材料性能。
研究人員利用薄膜沉積技術(shù)，在常壓室溫下生長出高質(zhì)量氧化銅薄膜。通過精確控制腔內(nèi)的生長和流速，可以將晶體“轉(zhuǎn)移”到特定方向。這些晶體基本上是立方體。當(dāng)電子以體對角線穿過立方體，而不是沿著立方體的面或邊緣移動(dòng)時(shí)，材料性能會(huì)大幅躍升。電子移動(dòng)得越遠(yuǎn)，性能就越好。
研究人員利用高時(shí)間分辨率光譜技術(shù)，觀察了晶體方向如何影響電荷在材料中的移動(dòng)效率。實(shí)驗(yàn)顯示，基于這種技術(shù)制造的氧化銅光收集器或光電陰極，與現(xiàn)有最先進(jìn)的氧化物光電陰極相比，性能提高了70%，同時(shí)穩(wěn)定性也大大提高。
研究人員表示，對低成本半導(dǎo)體材料進(jìn)行一些小調(diào)整，有望推動(dòng)從化石燃料向清潔可持續(xù)燃料的大轉(zhuǎn)變。
