p (PhysOrg.com) - Usando nanotubos de carbono (tubos ocos de átomos de carbono), Os engenheiros químicos do MIT descobriram uma maneira de concentrar a energia solar 100 vezes mais do que uma célula fotovoltaica normal. Esses nanotubos podem formar antenas que capturam e concentram a energia da luz, potencialmente permitindo arranjos solares muito menores e mais poderosos. p "Em vez de ter todo o seu telhado sendo uma célula fotovoltaica, você poderia ter pequenos pontos que eram pequenas células fotovoltaicas, com antenas que direcionariam fótons para eles, "diz Michael Strano, o Charles e Hilda Roddey Professor Associado de Engenharia Química e líder da equipe de pesquisa.

p Strano e seus alunos descrevem sua nova antena de nanotubo de carbono, ou "funil solar, "na edição online de 12 de setembro da revista Materiais da Natureza . Os principais autores do artigo são o associado de pós-doutorado Jae-Hee Han e a estudante de graduação Geraldine Paulus.

p Suas novas antenas também podem ser úteis para qualquer outra aplicação que exija que a luz seja concentrada, como óculos de visão noturna ou telescópios.

p Os painéis solares geram eletricidade ao converter fótons (pacotes de energia luminosa) em corrente elétrica. A antena de nanotubo de Strano aumenta o número de fótons que podem ser capturados e transforma a luz em energia que pode ser canalizada para uma célula solar.

p A antena consiste em uma corda fibrosa com cerca de 10 micrômetros (milionésimos de metro) de comprimento e quatro micrômetros de espessura, contendo cerca de 30 milhões de nanotubos de carbono. A equipe de Strano construiu, pela primeira vez, uma fibra feita de duas camadas de nanotubos com diferentes propriedades elétricas - especificamente, bandgaps diferentes.

p Em qualquer material, elétrons podem existir em diferentes níveis de energia. Quando um fóton atinge a superfície, excita um elétron para um nível de energia mais alto, que é específico para o material. A interação entre o elétron energizado e o buraco que ele deixa é chamada de exciton, e a diferença nos níveis de energia entre o buraco e o elétron é conhecida como bandgap.

p A camada interna da antena contém nanotubos com um pequeno bandgap, e os nanotubos na camada externa têm um bandgap maior. Isso é importante porque os excitons gostam de fluir de alta para baixa energia. Nesse caso, isso significa que os excitons na camada externa fluem para a camada interna, onde eles podem existir em um estado de energia inferior (mas ainda animado).

p Portanto, quando a energia da luz atinge o material, todos os excitons fluem para o centro da fibra, onde eles estão concentrados. Strano e sua equipe ainda não construíram um dispositivo fotovoltaico usando a antena, mas eles planejam. Em tal dispositivo, a antena concentraria fótons antes que a célula fotovoltaica os convertesse em corrente elétrica. Isso poderia ser feito construindo a antena em torno de um núcleo de material semicondutor.

p A interface entre o semicondutor e os nanotubos separaria o elétron do buraco, com elétrons sendo coletados em um eletrodo tocando o semicondutor interno, e orifícios coletados em um eletrodo tocando os nanotubos. Esse sistema, então, geraria corrente elétrica. A eficiência de tal célula solar dependeria dos materiais usados ​​para o eletrodo, de acordo com os pesquisadores.

p A equipe de Strano é a primeira a construir fibras de nanotubos nas quais podem controlar as propriedades de diferentes camadas, uma conquista possibilitada por avanços recentes na separação de nanotubos com propriedades diferentes.

p Embora o custo dos nanotubos de carbono já tenha sido proibitivo, tem vindo a diminuir nos últimos anos, à medida que as empresas químicas aumentam a sua capacidade de produção. "Em algum momento no futuro próximo, nanotubos de carbono provavelmente serão vendidos por centavos por libra, à medida que os polímeros são vendidos, "diz Strano." Com este custo, a adição de uma célula solar pode ser insignificante em comparação com o custo de fabricação e matéria-prima da própria célula, assim como revestimentos e componentes de polímero são pequenas partes do custo de uma célula fotovoltaica. "

p A equipe de Strano agora está trabalhando em maneiras de minimizar a perda de energia à medida que os excitons fluem através da fibra, e sobre maneiras de gerar mais de um exciton por fóton. Os feixes de nanotubos descritos no Materiais da Natureza o papel perde cerca de 13 por cento da energia que absorve, mas a equipe está trabalhando em novas antenas que perderiam apenas 1 por cento.