Nanorurki pozwolą na budowę ogniw słonecznych nowej generacji?

Nanorurki pozwolą na budowę ogniw słonecznych nowej generacji?

Badacze z Uniwersytetu Cornell stworzyli ogniwa fotowoltaiczne oparte o nanorurki węglowe. Naukowcy wierzą, że pozwolą one na znacznie bardziej wydajne przetwarzanie światła słonecznego na energię elektryczną niż za pomocą tradycyjnych elementów krzemowych.

Jak dotąd udało się zbudować, przetestować i określić parametry prostej fotodiody korzystającej z pojedynczej nanorurki. Zespół badaczy, kierowany przez profesora Paul’a McEuen’a i jego asystenta Jiwoong’a Park’a, opisał zasadę działania takiej nanorurki w magazynie Science z dn. 11 września. Proces leżący u podstaw tej technologii wyróżnia się niespotykaną dotąd wydajnością, co może mieć kluczowe znaczenie dla ogniw słonecznych nowej generacji.

„Zajmujemy się nie tylko poszukiwaniami nowego materiału, ale właściwie od razu znajdujemy dla niego zastosowanie – jako ogniwo słoneczne.” mówi pomysłodawca projektu, Nathan Gabor, były student profesora McEuen’a.

Badacze wykorzystali jednościenną nanorurkę, będącą w zasadzie zwiniętą płaską strukturą węglową. Rurka, wielkości cząsteczki DNA, została przeprowadzona pomiędzy dwoma stykami elektrycznymi, blisko dwóch bramek elektrycznych, ujemnej i dodatniej. Prace zostały zainspirowane wcześniejszymi osiągnięciami zespołu – z wykorzystaniem nanorurki węglowej powstała dioda, czyli właściwie prosty tranzystor umożliwiający przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Tym razem naukowcy postanowili sprawdzić działanie podobnego elementu pod wpływem światła.

Oświetlając nanorurkę za pomocą laserów w różnych kolorach, badacze ustalili, że wzrost energii fotonów padających na fotodiodę powoduje zwielokrotnienie wytwarzanego prądu.

Dalsze badania ujawniły, ze wąska, cylindryczna struktura węglowej nanorurki powoduje przeciskanie przez nią elektronów jeden po drugim. Elektrony przemieszczające się w rurce pod wpływem światła ulegają wzbudzeniu i powodują tworzenie kolejnych elektronów, które przemieszczają się dalej. Jak sądzą naukowcy z Uniwersytetu Cornell, nanorurka może być niemal idealnym ogniwem fotowoltaicznym, ponieważ umożliwia ona elektronom wyzwalanie kolejnych elektronów z wykorzystaniem energii dostarczonej przez światło.

Zupełnie inaczej działają powszechnie stosowane ogniwa krzemowe – nadmiar energii nie powoduje tam wzrostu wydajności, a jest oddawany w formie ciepła, dlatego wymagane jest zewnętrzne chłodzenie.

Jak twierdzi Gabor, pomimo faktu że idea ogniwa została opracowana, uczynienie go tanim i niezawodnym będzie dla inżynierów poważnym wyzwaniem.

Badania zostały wsparte przez Cornell Center for Nanoscale Systems i Cornell NanoScale Science and Technology Facility, będące członkami Narodowej Fundacji Naukowej (USA). Z zespołem współpracowali: Zhaohui Hong (Uniwersytet Michigan) i Ken Bosnick (Uniwersytet Alberta).

(bj)