211service.com
Solare superefficiente dai nanotubi
Le celle solari di oggi perdono gran parte dell'energia della luce per riscaldarsi. Ora i ricercatori della Cornell University hanno realizzato una cella fotovoltaica con un singolo nanotubo di carbonio che può sfruttare più energia della luce rispetto al fotovoltaico convenzionale. I minuscoli tubi di carbonio potrebbero essere utilizzati per realizzare celle solari di prossima generazione più efficienti.
Celle tubolari: Il nanotubo di carbonio al centro è collegato a diversi elettrodi e funge da cella fotovoltaica superefficiente.
Il principale fattore limitante in una cella solare è che quando si assorbe un fotone ad alta energia, si perde energia in calore e non c'è modo di recuperarla, afferma Matteo Barba , uno scienziato senior presso il National Renewable Energy Laboratory di Golden, CO. La perdita di energia per il calore limita l'efficienza delle migliori celle solari a circa il 33%. Il materiale che può convertire con un'efficienza molto più elevata cambierà le regole del gioco, afferma Beard.
Ricercatori guidati da Paul McEuen , professore di fisica alla Cornell, ha iniziato mettendo un singolo nanotubo in un circuito e dandogli tre contatti elettrici chiamati gate, uno a ciascuna estremità e uno al di sotto. Hanno usato le porte per applicare una tensione attraverso il nanotubo, quindi l'hanno illuminato con la luce. Quando un fotone colpisce il nanotubo, trasferisce parte della sua energia a un elettrone, che può quindi fluire attraverso il circuito fuori dal nanotubo. Questo processo da un fotone e un elettrone è ciò che avviene normalmente in una cella solare. La cosa insolita della cella di nanotubi, dice McEuen, è ciò che accade quando si inserisce quello che lui chiama un grande fotone, un fotone la cui energia è due volte più grande dell'energia normalmente richiesta per far uscire un elettrone dalla cella. Nelle celle convenzionali, questa è l'energia che viene persa sotto forma di calore. Nel dispositivo a nanotubi, lancia un secondo elettrone nel circuito. Il lavoro è stato descritto la scorsa settimana sul giornale Scienza .
Ci sono prove che un'altra classe di nanomateriali chiamati punti quantici può anche convertire l'energia di un fotone in più di un elettrone. Tuttavia, realizzare celle a punti quantici operative in grado di farlo si è rivelato un grosso ostacolo, afferma Beard, il cui laboratorio, guidato da Arthur Nozik , sta lavorando al problema. Una delle sfide con il punto quantico solare è che è molto difficile far sì che gli elettroni liberati lascino il punto quantico ed entrino in un circuito esterno. Il sistema ti sta prendendo in giro; non puoi far uscire quei vettori di addebito, quindi qual è il punto? dice Ji Ung Lee , professore di ingegneria su nanoscala presso la State University di New York ad Albany. Il gruppo di McEuen lo ha dimostrato in un sistema in cui tu potere tira fuori i corrieri extra.
McEuen avverte che il suo lavoro sul fotovoltaico con nanotubi di carbonio è fondamentale. Abbiamo realizzato la cella solare più piccola del mondo e non è necessariamente una buona cosa, dice. Per sfruttare la superefficienza dei nanotubi, i ricercatori dovranno prima sviluppare metodi per realizzare grandi matrici di diodi. Non siamo a un punto in cui possiamo aumentare i nanotubi di carbonio, ma questo dovrebbe essere l'obiettivo finale, afferma Lee, che ha sviluppato i primi diodi a nanotubi mentre era ricercatore presso la General Electric.
Non è chiaro perché la cella fotovoltaica a nanotubi offra questa conversione di energia due per uno. È misterioso per noi, dice McEuen. Tuttavia, la ragione più probabile è che mentre i materiali solari convenzionali hanno un solo livello di energia per il passaggio degli elettroni, i nanotubi di carbonio ne hanno diversi. E due di loro sono molto ben abbinati: uno dei livelli di energia, o bandgap, è due volte più alto dell'altro. Potremmo essere stati fortunati, e ha ben poco a che fare con il fatto che si tratta di un nanotubo di carbonio, afferma McEuen. Ciò significa, spera McEuen, che anche se creare array di celle solari a nanotubi si rivelasse troppo difficile, gli scienziati dei materiali possono cercare coppie di materiali che hanno questo tipo di bande gap abbinate e sovrapporle per creare celle solari che fanno con due materiali cosa le singole celle a nanotubi possono fare. Forse la risposta non sarà nei nanotubi, ma in un'altra coppia di materiali, dice McEuen.