光學(xué)整流天線把光直接變成直流電

小顧

美國佐治亞理工學(xué)院工程師日前開發(fā)出一種光學(xué)整流天線，能把光直接轉(zhuǎn)變成直流電。這一成果有望提供一種無需制冷的光檢測新技術(shù)，也能收集廢熱轉(zhuǎn)化成電力，并最終成為利用太陽能的一條新途徑。

該光學(xué)整流天線能在5℃到77℃的溫度下工作，是以碳納米管作為天線，捕獲陽光或其他光源。當(dāng)光波撞擊納米管，產(chǎn)生的振蕩電荷會(huì)通過整流器，整流器以千兆赫茲的頻率開關(guān)，產(chǎn)生微小的直流電。雖然目前設(shè)備的效率只有1%，但數(shù)十億整流天線排成陣列，就能產(chǎn)生強(qiáng)大電流。

整流天線開發(fā)于上世紀(jì)六七十年代，一般在10微米左右的波長范圍工作，而新的整流天線進(jìn)入到可見光范圍，要求天線和整流二極管足夠小，并能極快地捕獲電磁振蕩。該校喬治·伍德拉夫機(jī)械工程學(xué)院副教授巴拉圖德·科拉解釋說，整流天線本質(zhì)上是一個(gè)天線配上一個(gè)二極管，但到了可見光范圍，意味著用納米天線配上一個(gè)金屬-絕緣-金屬二極管。天線與二極管之間離得越近，效率就越高。所以，理想的結(jié)構(gòu)是把天線用作二極管中的金屬——這就是我們造的結(jié)構(gòu)。

研究人員先在導(dǎo)電基質(zhì)上生長出垂直對齊的碳納米管叢，再用多種納米制造技術(shù)造出了金屬-絕緣-金屬多層結(jié)構(gòu)的整流器。在工作中，光的振蕩波通過鈣—鋁電極并與納米管相互作用，納米管頂端的整流器能以飛秒速度開關(guān)，讓天線產(chǎn)生的電子只從一個(gè)方向進(jìn)入電極。科拉說，目前造出的整流天線還需提高效率，開放碳納米管實(shí)現(xiàn)多導(dǎo)電通道、降低電阻等將最終造出效率是目前兩倍、成本更低的太陽能電池。研究人員還希望通過最優(yōu)化技術(shù)提高輸出功率，他們相信有商業(yè)價(jià)值的整流天線可能一年內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)。