(PhysOrg.com) - Användning av kolnanorör (ihåliga rör med kolatomer), MIT kemiingenjörer har hittat ett sätt att koncentrera solenergin 100 gånger mer än en vanlig solcellscell. Sådana nanorör kan bilda antenner som fångar och fokuserar ljusenergi, potentiellt tillåter mycket mindre och mer kraftfulla solpaneler.

"Istället för att hela taket ska vara en solcell, du kan ha små fläckar som var små solceller, med antenner som skulle driva in fotoner i dem, "säger Michael Strano, Charles och Hilda Roddey docent i kemiteknik och ledare för forskargruppen.

Strano och hans elever beskriver sin nya kolnanorörsantenn, eller "soltratt, "i den 12 september onlineutgåvan av tidningen Naturmaterial . Huvudförfattare till uppsatsen är postdoktor Jae-Hee Han och doktorand Geraldine Paulus.

Deras nya antenner kan också vara användbara för alla andra applikationer som kräver att ljus koncentreras, såsom mörkerseende eller teleskop.

Solpaneler genererar elektricitet genom att omvandla fotoner (paket av ljusenergi) till en elektrisk ström. Stranos nanorörantenn ökar antalet fotoner som kan fångas upp och omvandlar ljuset till energi som kan trattas in i en solcell.

Antennen består av ett fibröst rep som är cirka 10 mikrometer (miljondelar av en meter) långt och fyra mikrometer tjockt, som innehåller cirka 30 miljoner kolnanorör. Stranos team byggde, för första gången, en fiber gjord av två lager av nanorör med olika elektriska egenskaper - specifikt, olika bandgap.

I vilket material som helst, elektroner kan existera på olika energinivåer. När en foton träffar ytan, det exciterar en elektron till en högre energinivå, som är specifik för materialet. Interaktionen mellan den elektriska elektronen och hålet som den lämnar efter sig kallas en exciton, och skillnaden i energinivåer mellan hålet och elektronen är känd som bandgapet.

Det inre lagret av antennen innehåller nanorör med ett litet bandgap, och nanorör i det yttre lagret har en högre bandgap. Det är viktigt eftersom excitoner gillar att flöda från hög till låg energi. I detta fall, det betyder att excitonerna i det yttre lagret flyter till det inre lagret, där de kan existera i ett lägre (men ändå upphetsat) energiläge.

Därför, när ljusenergi träffar materialet, alla excitoner flödar till mitten av fibern, där de är koncentrerade. Strano och hans team har ännu inte byggt en solcellsenhet med antennen, men de planerar att. I en sådan anordning, antennen skulle koncentrera fotoner innan solcellscellen omvandlar dem till en elektrisk ström. Detta kan göras genom att konstruera antennen runt en kärna av halvledande material.

Gränssnittet mellan halvledaren och nanorören skulle separera elektronen från hålet, med elektroner som samlas in vid en elektrod som rör den inre halvledaren, och hål samlade vid en elektrod som rör vid nanorören. Detta system skulle då generera elektrisk ström. Effektiviteten hos en sådan solcell skulle bero på materialen som används för elektroden, enligt forskarna.

Stranos team är det första som konstruerar nanorörsfibrer där de kan styra egenskaperna hos olika lager, en prestation som möjliggjorts av de senaste framstegen när det gäller att separera nanorör med olika egenskaper.

Medan kostnaden för kolnanorör en gång var oöverkomlig, det har sjunkit under de senaste åren när kemiföretag bygger upp sin tillverkningskapacitet. "Någon gång i en nära framtid, kolnanorör kommer sannolikt att säljas för öre per pund, när polymerer säljs, " säger Strano. "Med denna kostnad, tillägget till en solcell kan vara försumbart jämfört med tillverkningen och råmaterialkostnaden för själva cellen, precis som beläggningar och polymerkomponenter är små delar av kostnaden för en solcellscell."

Stranos team arbetar nu med sätt att minimera energiförlusten när excitoner flödar genom fibern, och på sätt att generera mer än en exciton per foton. Nanorörsbuntarna som beskrivs i Naturmaterial papper tappar cirka 13 procent av den energi de absorberar, men teamet arbetar med nya antenner som bara tappar 1 procent.