Исследователи Массачусетского технологического института нашли способ концентрации солнечной энергии. По их мнению, новая антенна из углеродных нанотрубок позволит увеличить эффективность фотоэлектрических элементов

Нанотрубки образуют своеобразную антенну, которая улавливает и фокусирует световую энергию, позволяя создавать меньшие по размеру, но более мощные системы солнечных элементов.

Созданная учеными антенна может быть полезна и в других областях, где потребуется концентрация солнечного света, например в системах ночного зрения и телескопах.

Солнечные панели вырабатывают электричество путем преобразования фотонов света в электрический ток. Созданная учеными антенна увеличивает количество пойманных фотонов и преобразует их в энергию, направляемую в солнечную батарею.

Впервые учеными создано оптоволокно, состоящее из двух слоев с различными электрическими свойствами, в частности с разной шириной запрещенной энергетической зоны.

В любом материале электроны могут находиться на разных энергетических уровнях. При соударении фотона с поверхностью материала электрон переходит в возбужденное состояние, занимая более высокий энергетический уровень, особый для каждого материала. Взаимодействие возбужденного электрона и покинутой им дырки называется экситоном, а разница энергий электрона и дырки составляет ширину запрещенной зоны.

Ширина запрещенной зоны нанотрубок внутреннего слоя меньше запрещенной зоны нанотрубок внешнего слоя. Это важный момент, поскольку предполагается, что экситоны перемещаются из областей с высокой энергией в области с более низкой энергией. В таком случае экситоны с внешнего слоя перемещаются во внутренний, где они находятся в низшем энергетическом состоянии.

Следовательно, при ударе световой волны все экситоны перемещаются в центр волокна, где происходит их накопление. Ученые пока не построили фотоэлектрическое устройство, которое использует эту антенну, но планируют этим заняться. В таком устройстве антенна должна будет концентрировать фотоны, перед тем как фотоэлектрический элемент преобразует их в электрический ток. Этого можно достичь, если антенна будет располагаться вокруг ядра из полупроводникового материала.

Первоисточник: приложение к журналу «Российские нанотехнологии» – «В мире нано» № 6 2010 год.