(PhysOrg.com) -- En ny alternativ energiteknik bygger på det element som mest förknippas med klimatförändringar:kol.

Forskare vid University of Wisconsin-Madison studerar hur man skapar billiga, effektiva solceller från kolnanorör, som är kolplåtar rullade i sömlösa cylindrar en nanometer i diameter. Många forskare studerar hur man använder nanorör för mekaniska och elektroniska tillämpningar, men biträdande professor i materialvetenskap och ingenjör Michael Arnold är en av de första som tillämpar dem på solenergi.

"Vi utvecklar nya material och metoder för att skapa skalbara, billig, stabil och effektiv solcellsteknologi, " säger Arnold. "Halvledande kolnanorör har anmärkningsvärda elektroniska och optiska egenskaper som är idealiska för solceller, så de är en intressant utgångspunkt."

Kol är ett lovande val för solceller eftersom det är ett rikligt, billigt element, och kolnanorör har utmärkt elektrisk ledningsförmåga och stark optisk absorptionsförmåga. De flesta nuvarande solceller använder kisel, som omvandlar 10 till 30 procent av solljuset som absorberas till elektricitet. Detta är ett bra pris, men kiselceller är dyra.

"Kostnaden är i förskott för kiselceller, och kostnaden per kilowattimme är fem gånger högre än vad du skulle betala för kol under 20 år — det är inte särskilt motiverande för människor, " säger Arnold. Med kolnanorör, han hoppas kunna uppnå en effektivitet jämförbar med kiselsolceller till lägre kostnad.

Arnold säger att solenergi är en värdefull energikälla eftersom solen avger ungefär 1, 000 watt per kvadratmeter. En solcell som bara är 20 procent effektiv skulle generera cirka 200 watt per kvadratmeter en solig dag, så att belägga taket på ett genomsnittligt hus på 40 kvadratmeter med solceller skulle göra en betydande buckla i hushållets genomsnittliga energibehov. För att få effekt på det nationella elnätet, Arnold föreställer sig vidsträckta fält av solceller byggda i ökenregioner.

"Solar är en livskraftig teknik för att producera energi, " säger Arnold. "Det är bara för dyrt just nu."

För att skapa de nya kolnanorörssolcellerna, Arnold och hans elever odlar nanorörsstrukturer och separerar sedan de användbara halvledande nanorören från oönskade metalliska. De separerar också rören efter diameter, som bestämmer ett visst nanorörs bandgap, eller våglängden på ljuset som röret kan absorbera. Vissa bandgap är mer lämpade än andra för att absorbera solljus.

Efter att ha sorterat ut de användbara nanorören, teamet lindar in dem i en halvledande polymer för att göra rören lösliga. De förvandlar de kombinerade nanorören och polymeren till en lösning, som kan sprayas i en tunn film på transparenta indium-tennoxidbelagda glassubstrat. Forskarna lägger sedan in en elektronaccepterande halvledare och en negativ elektrod ovanpå nanorören för att fullborda hela cellen.

Vid skapandet av de nya solcellerna, Arnold, som finansieras av National Science Foundation, försöker svara på en mängd olika grundläggande vetenskaps- och forskningsfrågor. Han studerar hur laddning genereras i nanorören som svar på ljus och hur olika elektronaccepterande material påverkar effektiviteten och hastigheten för separationen av den laddningen.

"Den drivande frågan är, kan vi förstå hur man både bearbetar rören för att få den morfologi vi vill ha, och kan vi också lära oss hur ljus skapar laddningar i våra kolnanorörsmaterial och hur dessa laddningar separeras?" säger han.

Tillhandahålls av University of Wisconsin-Madison (nyheter:webb)