Выпрямляющие антенны (Rectifying antennas) уже некоторое время используются в различных технологиях для поглощения радиочастотного излучения и преобразования его в постоянный электрический ток, пригодный для дальнейшего использования. Однако, создание подобных устройств, способных поглощать свет и выпрямлять сверхвысокочастотный электрический ток, было раньше практически невозможным. Но появление углеродных нанотрубок, исследования их экзотических свойств и последние достижения технологий микропроизводства позволили ученым из Технологического института Джорджии создать выпрямляющие антенны, преобразовывающие свет непосредственно в постоянный электрический ток. И такие технологии могут стать революционным прорывом, который позволит увеличить эффективность систем солнечной энергетики.

Первые выпрямляющие антенны были созданы чуть более 40 лет назад и они были способны работать с электромагнитным излучением с длиной волны не короче 10 микрон (инфракрасный диапазон). С того момента эти технологии были значительно усовершенствованны и получили распространение в системах снабжения энергией малопотребляющих электронных устройств и коммуникационных систем ближнего радиуса действия (near-field communications, NFC). Были попытки создания подобных антенн, работающих и в диапазоне видимого света, но они все без исключения не привели к значительным успехам в этом направлении.

Современные технологии позволили исследователям вырастить миллиарды вертикально расположенных углеродных нанотрубок на кремниевом основании. Каждая из нанотрубок была покрыта защитной пленкой из оксида алюминия, обладающего диэлектрическими свойствами, и весь этот «лес» был покрыт монолитным слоем прозрачного кальция. После этого на тонкий слой кальция был напылен слой алюминия, который выступал в качестве анода.

Рис. 1.

Углеродные нанотрубки, заключенные в защитных оболочках, начинают колебаться, когда на них попадают фотоны света. Эти колебания производят высокочастотный переменный электрический ток, который пройдя через выпрямитель, превращается в постоянный ток. Быстродействие выпрямителей (туннельных диодов из углеродных нанотрубок) очень велико, они способны работать на частотах порядка петагерца (квадриллиона колебаний в секунду). Электроны, из которых состоит выпрямленный ток, туннелируются на внешний алюминиевый электрод, откуда этот ток можно направить в любом необходимом направлении.

Рис. 2.

Несмотря на громкие заявления о солнечной энергетике, прозвучавшие в начале, эффективность работы выпрямляющей антенны оставляет пока желать лучшего, опытный образец способен преобразовать в электрический ток около одного процента от энергии падающего света. Однако ученые и инженеры, задействованные в этом проекте, уже имеют некоторые планы насчет оптимизации структуры антенны, что позволит поднять ее эффективность до уровня, который позволит использовать их в устройствах получения электрической энергии, другими словами, в солнечных батареях.