(PhysOrg.com) - Usando nanotubos de carbono (tubos huecos de átomos de carbono), Los ingenieros químicos del MIT han encontrado una forma de concentrar la energía solar 100 veces más que una célula fotovoltaica normal. Dichos nanotubos podrían formar antenas que capturan y enfocan la energía luminosa, potencialmente permitiendo paneles solares mucho más pequeños y más potentes.

"En lugar de que todo el techo sea una célula fotovoltaica, podría tener pequeñas manchas que fueran pequeñas células fotovoltaicas, con antenas que introducirían fotones en ellos, "dice Michael Strano, el Profesor Asociado Charles e Hilda Roddey de Ingeniería Química y líder del equipo de investigación.

Strano y sus estudiantes describen su nueva antena de nanotubos de carbono, o "embudo solar, "en la edición en línea del 12 de septiembre de la revista Materiales de la naturaleza . Los autores principales del artículo son el asociado postdoctoral Jae-Hee Han y la estudiante de posgrado Geraldine Paulus.

Sus nuevas antenas también podrían ser útiles para cualquier otra aplicación que requiera concentrar la luz, como anteojos de visión nocturna o telescopios.

Los paneles solares generan electricidad al convertir fotones (paquetes de energía luminosa) en una corriente eléctrica. La antena de nanotubos de Strano aumenta la cantidad de fotones que se pueden capturar y transforma la luz en energía que se puede canalizar hacia una célula solar.

La antena consta de una cuerda fibrosa de unos 10 micrómetros (millonésimas de metro) de largo y cuatro micrómetros de espesor, que contiene alrededor de 30 millones de nanotubos de carbono. El equipo de Strano construido por primera vez, una fibra hecha de dos capas de nanotubos con diferentes propiedades eléctricas, específicamente, bandgaps diferentes.

En cualquier material, los electrones pueden existir en diferentes niveles de energía. Cuando un fotón golpea la superficie, excita un electrón a un nivel de energía más alto, que es específico del material. La interacción entre el electrón energizado y el agujero que deja se llama excitón, y la diferencia en los niveles de energía entre el agujero y el electrón se conoce como banda prohibida.

La capa interna de la antena contiene nanotubos con un pequeño intervalo de banda, y los nanotubos de la capa exterior tienen una banda prohibida mayor. Eso es importante porque a los excitones les gusta fluir de alta a baja energía. En este caso, eso significa que los excitones en la capa externa fluyen hacia la capa interna, donde pueden existir en un estado de energía más bajo (pero aún excitado).

Por lo tanto, cuando la energía luminosa incide en el material, todos los excitones fluyen hacia el centro de la fibra, donde se concentran. Strano y su equipo aún no han construido un dispositivo fotovoltaico usando la antena, pero planean hacerlo. En tal dispositivo, la antena concentraría fotones antes de que la célula fotovoltaica los convierta en corriente eléctrica. Esto podría hacerse construyendo la antena alrededor de un núcleo de material semiconductor.

La interfaz entre el semiconductor y los nanotubos separaría el electrón del agujero, con electrones que se recogen en un electrodo que toca el semiconductor interno, y agujeros recogidos en un electrodo que toca los nanotubos. Este sistema generaría entonces corriente eléctrica. La eficiencia de una célula solar de este tipo dependería de los materiales utilizados para el electrodo, según los investigadores.

El equipo de Strano es el primero en construir fibras de nanotubos en las que pueden controlar las propiedades de diferentes capas, un logro que ha sido posible gracias a los avances recientes en la separación de nanotubos con diferentes propiedades.

Si bien el costo de los nanotubos de carbono alguna vez fue prohibitivo, ha ido bajando en los últimos años a medida que las empresas químicas aumentan su capacidad de fabricación. "En algún momento en el futuro cercano, Los nanotubos de carbono probablemente se venderán a centavos la libra, a medida que se venden los polímeros, "dice Strano." Con este costo, la adición de una celda solar podría ser insignificante en comparación con el costo de fabricación y de la materia prima de la celda en sí, al igual que los recubrimientos y los componentes poliméricos son una pequeña parte del costo de una celda fotovoltaica ".

El equipo de Strano ahora está trabajando en formas de minimizar la pérdida de energía a medida que los excitones fluyen a través de la fibra. y sobre formas de generar más de un excitón por fotón. Los haces de nanotubos descritos en el Materiales de la naturaleza el papel pierde alrededor del 13 por ciento de la energía que absorbe, pero el equipo está trabajando en nuevas antenas que perderían solo el 1 por ciento.