【光】可将光转化成电的整流天线-电

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可将光转化成电的整流天线

前瞻科技 10 月 10 日讯，美国乔治亚理工学院（Georgia Tech）的研究者开发出了接收可见光、将其转换成电的整流天线（rectenna）。整流天线是在天线上组合整流用二极管（rectifier），将电磁波转换成直流电的器件。发电原理跟利用半导体 pn 结的太阳能电池完全不同。

目前，可见光用整流天线的转换效率还不到 1％，但开发者认为，随着今后进一步优化，可以用现有硅类太阳能电池 1/10 的成本制造转换效率为 40％的光伏发电元件。如果这能够实现，世界的能源格局将大幅改变。详细开发成果已刊登在学术杂志《Nature Nanotechnology》上。

整流天线利用波长为 10cm 左右的微波可实现高达 90％以上的转换效率。对其大幅小型化、以将光转换成电的尝试是从 1960 年代开始的。不过，当时由于制造技术上的限制，很难制造出波长在 10μm 长以下的红外线和可见光使用的整流天线。

此次，美国乔治亚理工学院副教授 Baratunde Cola 的研究小组作为天线采用金属型多层碳纳米管（CNT）、作为二极管采用 MIM（Metal-Insulator-Metal）结构的元件，试制出了可见光用的整流天线。虽然效率低，但可以发电。Cola 指出“随着制造技术提高，挑战可见光用整流天线的时机已经成熟”。

CNT 兼作天线和 MIM 结构二极管的"M"

制造工艺的概要如下。首先，使多层 CNT 在导电性基板上垂直生长，形成“CNT 林”。然后，采用化学气相沉积法（CVD），利用非常薄的氧化铝（Al2O3）膜涂布 CNT 林。最后，通过溅射在其上形成钙（Ca）和铝（Al）薄膜。

层叠在 CNT 林上的材料对可见光全透明，因此一照射光，光就会到达 CNT。结果，CNT 首先起到拉杆天线的作用。并且，CNT 本身、Al2O3 层及 Ca/Al 层会构成 MIM 结构的二极管。

由于 CNT 与 Ca 的功函数不同，因此电子会由 CNT 单向流向 Ca 侧。另外，这种 MIM 结构的二极管充放电时间常数非常小，具有毫微微秒（10-15 秒）的高速响应性。这是完全可以支持可见光频率——几百 THz 的响应性。因此，制成的元件可作为针对可见光的整流天线使用。

相关技术已在美国、欧洲、日本和中国申请了专利。

关于可将光转化成电的整流天线的用户互动如下：

　　相关问题：光既然是电磁波能不能用天线接受 为什么

　　答：光的波长太短了（频率太高） 所谓接收，是引起共振， 光波无法引起天线的共振 >>详细

　　相关问题：天线接收到的是转化成电流还是只是电磁波？

　　答：天线接收空间中的电磁波 当这个电磁波满足天线回路的耦合条件时，将会在天线回路中感应出一定大小一定频率的电流。 >>详细

　　相关问题：这张图可以把红外线发光二极体直接改成天线吗？ 如...

　　答：这是一台红外线干扰器，它利用发射的红外光线进行干扰，为什么还要天线呢？他是发射光而不是无线电波。完全没必要这样做 >>详细