Anteny na światło słoneczne

Nanorurki węglowe mogą służyć za "anteny" skupiające światło słońca.

Jednym z problemów przy wykorzystaniu ogniw fotowoltaicznych do wytwarzania prądu jest ograniczona ilość miejsca na przechwytywanie energii słonecznej. Teraz inżynierowie z MIT odkryli sposób, który pozwala na wykorzystanie nanorurek węglowych do koncentrowania energii słonecznej 100 razy skuteczniej od normalnego ogniwa fotowoltaicznego. Odkrycie zostało dokonane przez zespół prof. Michaela Strano, którego prace nad samonaprawiającymi się fotoogniwami opisaliśmy wcześniej.

Stworzone na MIT anteny na światło słoneczne składają się z włókna o długości 10 mikrometrów i grubości 4 mikrometrów, zbudowanego z około 30 milionów nanorurek węglowych. Zespół prof. Strano po raz pierwszy zbudował włókna z dwóch warstw nanorurek o różnych właściwościach fizycznych - a dokładniej, o różnym paśmie wzbronionym. W wyniku tego światło słoneczne trafiające powoduje przepływ ekscytonów (zjawisko powstałe w wyniku korelacji elektronu oraz dziury, z której został wybity) z zewnętrznych nanorurek do wewnętrznych, gdzie są koncentrowane i powodują fluorescencję widoczną na zdjęciu. Niebieskie obszary pokazują najniższą gęstość energetyczną a czerwone najwyższą.

Jak na razie naukowcy nie skonstruowali jeszcze ogniwa fotowoltaicznego wykorzystującego takie anteny, ale planują to. Prof. Strano wyobraża sobie, że w przyszłości zamiast pokrywać cały dach ogniwami fotowoltaicznymi będzie można mieć niewielkie ogniwa oraz nanoanteny, które będą niejako doprowadzać do nich fotony. Cytując:

W niezbyt odległej przyszłości nanorurki węglowe będą prawdopodobnie sprzedawane za grosze, tak jak dziś sprzedaje się polimery. Przy takim koszcie, dodanie ich do ogniwa słonecznego będzie pomijalne cenowo w porównaniu do kosztu surowców oraz produkcji samego ogniwa, tak jak dzisiaj powłoki i składniki polimerowe stanowią niewielką część kosztu ogniwa fotofoltaicznego

Oczywiście, na razie nanorurki są dość drogim materiałem, zwłaszcza tak złożone jak te produkowane przez zespół prof. Strano. Cena nanorurek węglowych w ciągu ostatniej dekady spadła trzydziestokrotnie, ale jeszcze sporo czasu minie zanim będą one dostępne w handlu "za grosze". Nie zademonstrowano również jeszcze działającego urządzenia produkującego energię elektryczną ze światła zebranego przez nanorurki węglowe. Podejrzewam jednak, że odkrycie to pokazuje, jak mogą wyglądać fotoogniwa słoneczne za dwie czy trzy dekady.

[MIT, via Next Big Future]

Leszek Karlik