Encendedor, mas flexible, y más barato que los materiales de células solares convencionales, Los nanotubos de carbono (CNT) se han mostrado prometedores durante mucho tiempo para la energía fotovoltaica. Pero la investigación se estancó cuando los CNT demostraron ser ineficientes, convirtiendo mucha menos luz solar en energía que otros métodos.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Mark Hersam, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y la Cátedra Bette y Neison Harris de Excelencia Docente en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern, ha creado un nuevo tipo de célula solar CNT que es dos veces más eficiente que sus predecesoras. También es la primera celda solar CNT en tener su desempeño certificado por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables.
"El campo había estado rondando el 1 por ciento de eficiencia durante aproximadamente una década; realmente se había estancado, ", Dijo Hersam." Pero hemos podido aumentarlo a más del 3 por ciento. Es un salto significativo ".
La investigación se describe en el artículo "Polychiral Semiconducting Carbon Nanotube-Fullerene Solar Cells" en la edición del 7 de agosto de Nano letras .
El secreto radica en la quiralidad de las CNT, que es una combinación del diámetro y la torsión de los tubos. Cuando una fina hoja de carbono se enrolla en un nanotubo, son posibles varios cientos de quiralidades diferentes. En el pasado, los investigadores tendían a elegir una quiralidad en particular con buenas propiedades semiconductoras y construir una célula solar completa a partir de esa.
"El problema es que cada quiralidad de nanotubos solo absorbe un rango estrecho de longitudes de onda ópticas, ", Dijo Hersam." Si haces una célula solar con un solo nanotubo de carbono de quiralidad, básicamente tiras la mayor parte de la luz solar ".
El equipo de Hersam hizo una mezcla de poliquiral, o quiralidad múltiple, nanotubos semiconductores. Esto maximizó la cantidad de fotocorriente producida al absorber una gama más amplia de longitudes de onda del espectro solar. Las células absorbieron significativamente longitudes de onda del infrarrojo cercano, una gama que ha sido inaccesible para muchas de las principales tecnologías de película fina.
Si bien este es un gran avance para las células solares CNT, todavía están a la zaga de otros materiales en cuanto a eficiencia. Silicio, por ejemplo, puede tener una eficiencia del 15 al 20 por ciento, pero es más caro de fabricar. "Si miras nuestro desempeño, ciertamente hay un gran salto, ", Dijo Hersam." Pero hay más trabajo por hacer. Todavía tenemos que hacer avanzar esta tecnología en un factor de tres a cinco ".
Hersam dijo que el siguiente paso es crear células solares CNT poliquirales que tengan múltiples capas. Cada capa estaría optimizada para una porción particular del espectro solar y, por lo tanto, absorber más luz. Dijo que también podrían incorporar otros materiales, como semiconductores orgánicos o inorgánicos, para complementar los CNT.
"Lo que nos gustaría hacer es absorber todos los fotones del sol y convertirlos en electricidad, ", dijo." En otras palabras, nos gustaría tener una celda solar que tenga un espectro de absorción que se adapte perfectamente a la luz solar. Estamos en camino hacia ese objetivo ".