El uso de nanotubos de carbono (tubos huecos de átomos de carbono), los ingenieros químicos del MIT han encontrado una manera de concentrar la energía solar 100 veces más que una célula fotovoltaica regular. Los nanotubos podrían formar antenas que capturan y enfocan la energía de luz, permitiendo potencialmente hacer mucho más pequeños y más potentes los paneles solares.
“En lugar de tener su techo toda una célula fotovoltaica, puede tener pequeños puntos que eran pequeñas células fotovoltaicas, con las antenas en la unidad de fotones en ellos “, dice Michael Strano, de Carlos y Hilda Roddey Profesor Asociado 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 online del 12 de septiembre de la revista Nature Materials. Los autores principales del artículo son asociados postdoctoral-Hee Han Jae y el estudiante graduado Geraldine Paulus.
Sus nuevas antenas también pueden ser útiles para cualquier otra aplicación que requiera la luz a concentrarse, como gafas de visión nocturna o telescopios.
Los paneles solares generan electricidad mediante la conversión de fotones (paquetes de energía de luz) en una corriente eléctrica. Los nanotubos de antena Strano aumenta el número de fotones que se pueden capturar y transforma la luz en energía que puede ser canalizado en una célula solar.
La antena consiste en una cuerda fibrosa alrededor de 10 micrómetros (millonésimas de metro) de largo y cuatro micrómetros de espesor, que contiene unos 30 millones de nanotubos de carbono. El equipo de Strano ha construido, por primera vez, una fibra hecha de dos capas de nanotubos con diferentes propiedades eléctricas – en concreto, diferentes bandas prohibidas.
En cualquier material, los electrones pueden existir en diferentes niveles de energía. Cuando un fotón incide sobre la superficie, se excita un electrón de un nivel de energía superior, que es específico para el material. La interacción entre el electrón excitado y el agujero que deja tras de sí se llama un excitón, y la diferencia en los niveles de energía entre el agujero y el electrón se conoce como la banda prohibida.
La capa interna de la antena contiene nanotubos con una pequeña banda prohibida, y los nanotubos en la capa exterior tienen un mayor hueco. Eso es importante para los excitones como para el flujo de alta a baja energía. En este caso, eso significa que los excitones en el flujo de la capa externa a la capa interna, donde pueden existir en un estado de energía más bajo, pero aún excitados.
Por lo tanto, cuando la energía de la luz incide en el material, todo el flujo de los excitones en el centro de la fibra, donde se concentran. Strano y su equipo aún no han construido un dispositivo fotovoltaico con la antena, sino que lo están planeando. En este dispositivo, la antena concentraría fotones antes de la célula fotovoltaica los convierte en una corriente eléctrica. Esto podría hacerse mediante la construcción de la antena alrededor de un núcleo de material semiconductor.
El equipo de Strano es el primero en construir fibras de nanotubos en el que pueden controlar las propiedades de capas diferentes, un logro posible gracias a los recientes avances en la separación de los nanotubos con diferentes propiedades.
Si bien el costo de los nanotubos de carbono que una vez fue prohibitivo, ha ido disminuyendo en los últimos años, las empresas químicas aumentan su capacidad de fabricación. “En algún momento de un futuro próximo, los nanotubos de carbono que se venderán por unos centavos por libra, como se venden los polímeros “, dice Strano. “Con este costo, la adición de una célula solar puede ser insignificante en comparación con la fabricación y el costo de las materias primas de la propia célula, así como los revestimientos y componentes de polímero son una parte pequeña del costo de una célula fotovoltaica.”
El equipo de Strano ahora está trabajando en maneras de reducir al mínimo la pérdida de energía como el flujo de excitones través de la fibra, y sobre la manera de generar más de un excitón por fotón. Los paquetes de nanotubos se describe en el Nature Materials de papel y según dicen pierden alrededor del 13 por ciento de la energía que absorben, pero el equipo está trabajando en nuevas antenas que perdería sólo el 1 por ciento.
Más información: “excitón Antenas y concentradores de Core-Shell y acanalada filamentos de nanotubos de carbono de composición homogénea,” por Michael Strano,-Hee Han Jae, y Pablo Gerardo. Nature Materials, 12 de septiembre de 2010.
vía>>
“En lugar de tener su techo toda una célula fotovoltaica, puede tener pequeños puntos que eran pequeñas células fotovoltaicas, con las antenas en la unidad de fotones en ellos “, dice Michael Strano, de Carlos y Hilda Roddey Profesor Asociado 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 online del 12 de septiembre de la revista Nature Materials. Los autores principales del artículo son asociados postdoctoral-Hee Han Jae y el estudiante graduado Geraldine Paulus.
Sus nuevas antenas también pueden ser útiles para cualquier otra aplicación que requiera la luz a concentrarse, como gafas de visión nocturna o telescopios.
Los paneles solares generan electricidad mediante la conversión de fotones (paquetes de energía de luz) en una corriente eléctrica. Los nanotubos de antena Strano aumenta el número de fotones que se pueden capturar y transforma la luz en energía que puede ser canalizado en una célula solar.
La antena consiste en una cuerda fibrosa alrededor de 10 micrómetros (millonésimas de metro) de largo y cuatro micrómetros de espesor, que contiene unos 30 millones de nanotubos de carbono. El equipo de Strano ha construido, por primera vez, una fibra hecha de dos capas de nanotubos con diferentes propiedades eléctricas – en concreto, diferentes bandas prohibidas.
En cualquier material, los electrones pueden existir en diferentes niveles de energía. Cuando un fotón incide sobre la superficie, se excita un electrón de un nivel de energía superior, que es específico para el material. La interacción entre el electrón excitado y el agujero que deja tras de sí se llama un excitón, y la diferencia en los niveles de energía entre el agujero y el electrón se conoce como la banda prohibida.
La capa interna de la antena contiene nanotubos con una pequeña banda prohibida, y los nanotubos en la capa exterior tienen un mayor hueco. Eso es importante para los excitones como para el flujo de alta a baja energía. En este caso, eso significa que los excitones en el flujo de la capa externa a la capa interna, donde pueden existir en un estado de energía más bajo, pero aún excitados.
Por lo tanto, cuando la energía de la luz incide en el material, todo el flujo de los excitones en el centro de la fibra, donde se concentran. Strano y su equipo aún no han construido un dispositivo fotovoltaico con la antena, sino que lo están planeando. En este dispositivo, la antena concentraría fotones antes de la célula fotovoltaica los convierte en una corriente eléctrica. Esto podría hacerse mediante la construcción de la antena alrededor de un núcleo de material semiconductor.
El equipo de Strano es el primero en construir fibras de nanotubos en el que pueden controlar las propiedades de capas diferentes, un logro posible gracias a los recientes avances en la separación de los nanotubos con diferentes propiedades.
Si bien el costo de los nanotubos de carbono que una vez fue prohibitivo, ha ido disminuyendo en los últimos años, las empresas químicas aumentan su capacidad de fabricación. “En algún momento de un futuro próximo, los nanotubos de carbono que se venderán por unos centavos por libra, como se venden los polímeros “, dice Strano. “Con este costo, la adición de una célula solar puede ser insignificante en comparación con la fabricación y el costo de las materias primas de la propia célula, así como los revestimientos y componentes de polímero son una parte pequeña del costo de una célula fotovoltaica.”
El equipo de Strano ahora está trabajando en maneras de reducir al mínimo la pérdida de energía como el flujo de excitones través de la fibra, y sobre la manera de generar más de un excitón por fotón. Los paquetes de nanotubos se describe en el Nature Materials de papel y según dicen pierden alrededor del 13 por ciento de la energía que absorben, pero el equipo está trabajando en nuevas antenas que perdería sólo el 1 por ciento.
Más información: “excitón Antenas y concentradores de Core-Shell y acanalada filamentos de nanotubos de carbono de composición homogénea,” por Michael Strano,-Hee Han Jae, y Pablo Gerardo. Nature Materials, 12 de septiembre de 2010.
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