美国国家可再生能源实验室（NREL）日前宣布，他们利用纳米同轴电缆技术，研制出性能得以大幅度提高的高性能太阳能电池。有关专家指出，这是在高性能太阳能电池研制方面取得的重大进展，纳米同轴电缆技术将在微电子领域得到广泛运用，也可用于研制纳米计算机。
传统的太阳能电池工作原理很简单：当光照射到pn结上时，产生电子一空穴对，在pn结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区之间的薄层产生了电动势。但由于被激发的自由电子和空穴在同一区域，电子和空穴经常发生相互抵消现象，从而导致太阳能电池的效率很低。
为了使pn结更薄，同时解决自由电子抵消问题，研究人员将两个半导体联合起来形成纳米同轴半导体结构。这样的纳米电缆可以有两种不同方式：一种的内芯是氮化镓（GaN），外层是磷化镓（GaP）；另外一种则相反。两种电缆的内芯直径大约为4个纳米左右。
当光子投射到纳米电缆的外层后，激发出电子，并在半导体材料之间发生了空穴与自由电子的高效率分离。同轴电缆结构既起到了电池的作用，又起到了普通电缆的作用，解决了电子的分离问题（因为氮、镓与磷具有不同的导电性）。最终，由于一系列复杂的量子效应，与内芯半导体发生相互作用的外层半导体可以接受更宽的可见光范围，从而大大提高了太阳能电子的性能。除此之外，同轴纳米电缆可以在微电子技术，特别是未来的纳米计算机中获得广泛应用。
编辑：曹宇
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