用CD蓝光碟片做太阳能电池,亮瞎眼!

   自然界中很多生物利用半随机的纳米结构操控光线,但是人们最近才认识到这种结构的重要性并考虑把它用于工程应用上。然而制造这些半随机图案往往成本昂贵,这成为其广泛应用的阻碍。

美国西北大学材料科学与工程系黄嘉兴副教授的研究团队发现发现无论这些光盘上储存了什么信息,它们的结构都很适合吸收和操控整个阳光光谱的光线。为了验证这一点,研究者使用了一盘《警察故事3:超级警察》的蓝光DVD碟片作为聚合物太阳能电池的压模。和没有进行图案压模的太阳电池相比,这样得到的半随机纳米结构太阳能电池表现出了更好地吸收整个阳光光谱的能力和光电转换效率。

因为蓝光光盘的制造已经大规模化,这个发现可以提供一个具有成本效益的制造光子管理和光线捕获设备的方法,从而改善太阳能电池和其他光电器件的性能。



蓝光光碟中的秘密

虽然发现了蓝光光碟能够帮助电池吸收更多的光,但黄嘉兴还不明白其中的原因。有一天,他在IBM做数据工程师的妻子猜想,这可能与光盘的数据压制方式有关。于是,他们找到电子信息专家寻求帮助。

果然,提高光吸收率的秘密就藏在蓝光光碟的信息代码中——蓝光光碟和普通DVD光碟的原理相似,烧录时会在光盘上蚀刻长短不同的讯坑,代表二进制的“0”和“1”。在读取数据时,激光照射到不同的讯坑上反射不同的激光,光监测器由此读取数据。蓝光光碟在刻录数据时,采用的数据处理算法有两个特点:

压制二进制的视频信息时,“0”和“1”是随机排列的;
为了防止光盘受到划痕或者指纹的伤害,在烧录光盘时,每隔几个有效字节就要加入一段重复的错误控制代码。
随机代码与有规律的错误控制代码组成的纹路,使蓝光光碟上形成了一种特殊的图案——准随机图案。再加上蓝光光碟上的这些小坑要比普通DVD密集得多,代表“0”和“1”的讯坑长度分别为150nm和525nm,这种尺寸的纳米结构恰好非常适合用来捕获整个太阳光谱的光。


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