(PhysOrg.com) - Una nueva tecnología de energía alternativa se basa en el elemento más asociado con el cambio climático:el carbono.

Los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison están estudiando cómo crear células solares eficientes de nanotubos de carbono, que son láminas de carbono enrolladas en cilindros sin costura de un nanómetro de diámetro. Muchos investigadores están estudiando cómo utilizar nanotubos para aplicaciones mecánicas y electrónicas, pero el profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales Michael Arnold es uno de los primeros en aplicarlos a la energía solar.

"Estamos desarrollando nuevos materiales y métodos para crear barato, tecnologías de células solares fotovoltaicas estables y eficientes, ", Dice Arnold." Los nanotubos de carbono semiconductores tienen propiedades ópticas y electrónicas notables que son ideales para la energía fotovoltaica, por lo que son un punto de partida interesante ".

El carbono es una opción prometedora para las células solares porque es abundante, elemento económico, y los nanotubos de carbono tienen una excelente conductividad eléctrica y una fuerte capacidad de absorción óptica. La mayoría de las células solares actuales utilizan silicio, que convierte del 10 al 30 por ciento de la luz solar absorbida en electricidad. Esta es una buena tasa, pero las celdas de silicio son caras.

"El costo es por adelantado para las celdas de silicio, y el costo por kilovatio-hora es cinco veces más de lo que pagaría por el carbón durante 20 años; eso no es muy motivador para la gente, "dice Arnold. Con nanotubos de carbono, espera lograr una eficiencia comparable a la de las células solares de silicio a un costo menor.

Arnold dice que la energía solar es una fuente de energía valiosa ya que el sol produce aproximadamente 1, 000 vatios por metro cuadrado. Una celda solar que tiene solo un 20 por ciento de eficiencia generaría alrededor de 200 vatios por metro cuadrado en un día soleado, por lo tanto, revestir el techo de una casa promedio de 40 yardas cuadradas con celdas solares haría una mella significativa en las necesidades promedio de energía del hogar. Para tener un efecto en la red eléctrica nacional, Arnold imagina campos expansivos de células solares construidas en regiones desérticas.

"La energía solar es una tecnología viable para producir energía, "Arnold dice." Es demasiado caro en este momento ".

Para crear las nuevas células solares de nanotubos de carbono, Arnold y sus estudiantes cultivan estructuras de nanotubos y luego separan los útiles nanotubos semiconductores de los indeseables metálicos. También separan los tubos según el diámetro, que determina la banda prohibida de un nanotubo en particular, o longitud de onda de luz que el tubo puede absorber. Algunas bandas prohibidas son más adecuadas que otras para absorber la luz solar.

Después de clasificar los nanotubos útiles, el equipo los envuelve en un polímero semiconductor para hacer que los tubos sean solubles. Convierten los nanotubos y el polímero combinados en una solución, que se puede rociar en una película fina sobre sustratos de vidrio recubiertos con óxido de indio-estaño-transparente. Luego, los investigadores depositan un semiconductor que acepta electrones y un electrodo negativo encima de los nanotubos para completar la celda completa.

Al crear las nuevas células solares, Arnold, que está financiado por la National Science Foundation, está intentando responder una variedad de cuestiones fundamentales de investigación y ciencia. Está estudiando cómo se genera la carga en los nanotubos en respuesta a la luz y cómo los diferentes materiales que aceptan electrones afectan la eficiencia y la velocidad de separación de esa carga.

"La pregunta principal es:¿Podemos entender cómo procesar los tubos para obtener la morfología que queremos? y ¿podemos también aprender cómo la luz crea cargas en nuestros materiales de nanotubos de carbono y cómo se separan estas cargas? ”, dice.

Proporcionado por la Universidad de Wisconsin-Madison (noticias:web)