Даже лучшие солнечные батареи могут преобразовать только большую часть энергии в солнечном свете в электричество. Но исследователи в США и Канаде сообщают сегодня в Науке о новой трансгрессии, могущей один новый день через тот барьер.
На данный момент устройства, состоящие из отдельных углеродных нанотрубок, телеграфированных к электродам, являются слишком маленькими, чтобы считаться фактическими солнечными батареями. Но если технология может быть увеличена, она могла бы привести к новому классу высокоэффективной гелиотехники.Большинство сегодняшних кремниевых солнечных батарей, отраслевой стандарт, преобразовывает приблизительно 20% энергии в солнечном свете к электричеству.
Несмотря на то, что это звучит скромный, это недалеко от их максимальной возможной эффективности 31%. Частично, тот предел – то, вследствие того, что, когда фотон солнечного света ударяет кремний, это волнует всего один электрон, освобождая его для течения в потоке. Любой избыток энергии, который имел фотон, потерян как тепло. В течение многих лет у исследователей были доказательства, что крошечные наночастицы могли добиться большего успеха, позволив фотонам генерировать две или больше электрических нагрузки за штуку и таким образом увеличив поток.
Но никому не удалось сделать рабочие солнечные батареи, вырывающие эти избыточные нагрузки из наночастиц и собирающие их.Большая часть проблемы выясняет, как телеграфировать наночастицы для сбора нагрузок. Когда свет ударяет эти крошечные пятнышки полупроводника, он создает один или несколько «экситонов» – отрицательно наполненные электроны, связанные с положительными зарядами в материале, названном «отверстиями».
Рабочие солнечные батареи должны отделить противоположные нагрузки и регулировать их к противоположно заряженным электродам.Та работа была бы легче, если наночастицы могли бы быть протянуты в длинные, тонкие нанопроводы или трубы, охватывающие пару электродов. Электроны и отверстия могли тогда путешествовать в противоположных направлениях в проводах или трубах к их предпочтительным электродам.
Как первый шаг, Пол Мсеуен, физик в Корнелльском университете, и коллеги решил проверить, были ли углеродные нанотрубки способны к генерации больше чем одной пары электронного отверстия за фотон. Таким образом, они телеграфировали отдельные углеродные нанотрубки между парой противоположно заряженных электродов и поразили устройство взрывами лазерного света.
Они нашли, что трубы могли генерировать по крайней мере две пары, взимает за каждый фотон. И если бы исследователи добавили немного электрического собственного сока к электродам, то устройство могло бы собрать те избыточные нагрузки из труб.«То, что они видят, что этот результат так эффективно действительно поразителен», говорит Филипп Гуйот-Сионнест, химик в Чикагском университете в Иллинойсе. «Если это подтверждено, это довольно захватывающе». Это все еще не сделает эти наноустройства готовыми к употреблению в фактических солнечных батареях.
На данный момент, предостережения Мсеуена, результат работает только ниже 60 kelvin, слишком холодных, чтобы использоваться в реальных солнечных батареях. Но Мсеуен добавляет, что, если он и его коллеги могут лучше понять результат, они могут быть в состоянии дублировать его в других материалах, работающих при более высоких температурах.