(PhysOrg.com) -- Grundläggande vetenskaplig nyfikenhet lönade sig på oväntade sätt när forskare från Rice University som undersökte nanomaterialens grundläggande fysik upptäckte en ny teknik som dramatiskt kunde förbättra solenergipaneler.

Forskningen beskrivs i en ny artikel denna vecka i tidskriften Vetenskap .

"Vi slår samman optiken hos antenner i nanoskala med halvledarnas elektronik, " sa huvudforskaren Naomi Halas, Rices Stanley C. Moore professor i elektro- och datateknik. "Det finns inget praktiskt sätt att direkt detektera infrarött ljus med kisel, men vi har visat att det är möjligt om du kopplar halvledaren till en nanoantenn. Vi förväntar oss att denna teknik kommer att användas i nya vetenskapliga instrument för detektering av infrarött ljus och för solceller med högre effektivitet."

Mer än en tredjedel av solenergin på jorden kommer i form av infrarött ljus. Men kisel - materialet som används för att omvandla solljus till elektricitet i de allra flesta av dagens solpaneler - kan inte fånga infrarött ljuss energi. Varje halvledare, inklusive kisel, har ett "bandgap" där ljus under en viss frekvens passerar direkt genom materialet och inte kan generera en elektrisk ström. Genom att fästa en nanoantenn av metall på kislet, där den lilla antennen är speciellt inställd för att interagera med infrarött ljus, Rice-teamet visade att de kunde utöka frekvensområdet för elproduktion till infraröd. När infrarött ljus träffar antennen, det skapar en "plasmon, " en våg av energi som skvalpar genom antennens hav av fria elektroner. Studiet av plasmoner är en av Halas specialiteter, och den nya uppsatsen härrörde från grundforskning om plasmoners fysik som började i hennes labb för flera år sedan.

Det har varit känt att plasmoner förfaller och ger upp sin energi på två sätt; antingen sänder de ut en foton av ljus eller så omvandlar de ljusenergin till värme. Uppvärmningsprocessen börjar när plasmonen överför sin energi till en enda elektron - en "het" elektron. Rice doktorand Mark Knight, huvudförfattare på tidningen, tillsammans med Rice teoretiske fysiker Peter Nordlander, hans doktorand Heidar Sobhani, och Halas bestämde sig för att designa ett experiment för att direkt detektera de heta elektronerna som härrör från plasmonsönderfall.

Mönstra en metallisk nanoantenn direkt på en halvledare för att skapa en "Schottky-barriär, "Knight visade att det infraröda ljuset som träffade antennen skulle resultera i en het elektron som kunde hoppa över barriären, som skapar en elektrisk ström. Detta fungerar för infrarött ljus vid frekvenser som annars skulle passera direkt genom enheten.

"Nanoantenndioderna vi skapade för att detektera plasmongenererade heta elektroner är redan ganska bra på att skörda infrarött ljus och omvandla det direkt till elektricitet, " sa Knight. "Vi är angelägna om att se om denna expansion av ljusskörd till infraröda frekvenser direkt kommer att resultera i solceller med högre effektivitet."