211service.com
Supereffektiv Solar från Nanotubes
Dagens solceller förlorar mycket av energin i ljus till värme. Nu har forskare vid Cornell University gjort en solcellscell av ett enda kolnanorör som kan dra nytta av mer av energin i ljus än konventionella solceller. De små kolrören kan så småningom användas för att göra mer effektiva nästa generations solceller.
Rörformade celler: Kolnanoröret i mitten är anslutet till flera elektroder och fungerar som en supereffektiv fotovoltaisk cell.
Den främsta begränsande faktorn i en solcell är att när du absorberar en högenergifoton förlorar du energi till värme, och det finns inget sätt att återvinna den, säger Matthew Beard , en senior scientist vid National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO. Förlust av energi till värme begränsar effektiviteten hos de bästa solcellerna till cirka 33 procent. Materialet som kan konvertera med en mycket högre effektivitet kommer att vara en gamechanger, säger Beard.
Forskare under ledning av Paul McEuen , professor i fysik vid Cornell, började med att sätta ett enda nanorör i en krets och ge det tre elektriska kontakter som kallas grindar, en i varje ände och en under. De använde grindarna för att applicera en spänning över nanoröret och belyste det sedan med ljus. När en foton träffar nanoröret överför den en del av sin energi till en elektron, som sedan kan flöda genom kretsen utanför nanoröret. Denna process med en foton och en elektron är vad som normalt händer i en solcell. Det som är ovanligt med nanorörscellen, säger McEuen, är vad som händer när du lägger in vad han kallar en stor foton - en foton vars energi är dubbelt så stor som den energi som normalt krävs för att få bort en elektron från cellen. I konventionella celler är detta den energi som går förlorad som värme. I nanorörsenheten sparkar den in en andra elektron i kretsen. Arbetet beskrevs förra veckan i tidskriften Vetenskap .
Det finns bevis för att en annan klass av nanomaterial som kallas kvantprickar också kan omvandla energin hos en foton till mer än en elektron. Men att göra operativa kvantprickceller som kan göra detta har visat sig vara ett stort hinder, säger Beard, vars labb, ledd av Arthur Nozik , arbetar på problemet. En av utmaningarna med kvantpricksol är att det är väldigt svårt att få de frigjorda elektronerna att lämna kvantpunkten och komma in i en extern krets. Systemet retar dig; du kan inte få ut de där laddningsbärarna, så vad är poängen? säger Ji Ung Lee , professor i nanoskalateknik vid State University of New York i Albany. McEuens grupp har visat detta i ett system där du burk få ut de extra bärarna.
McEuen varnar för att hans arbete med kolnanorör solceller är grundläggande. Vi har gjort världens minsta solcell, och det är inte nödvändigtvis bra, säger han. För att dra fördel av nanorörens supereffektivitet måste forskare först utveckla metoder för att göra stora arrayer av dioderna. Vi är inte vid en punkt där vi kan skala upp kolnanorör, men det borde vara det ultimata målet, säger Lee, som utvecklade de första nanorörsdioderna medan han forskare vid General Electric.
Det är inte klart varför fotovoltaiska nanorörscellen erbjuder denna två-för-en-energiomvandling. Det är mystiskt för oss, säger McEuen. Den mest troliga anledningen är dock att medan konventionella solmaterial bara har en energinivå för elektroner att röra sig igenom, har kolnanorör flera. Och två av dem råkar bara vara mycket väl matchade: en av energinivåerna, eller bandgap, är dubbelt så hög som den andra. Vi kan ha haft tur, och det har väldigt lite att göra med det faktum att det är ett kolnanorör, säger McEuen. Detta betyder, hoppas McEuen, att även om det visar sig vara alltför utmanande att göra uppsättningar av nanorörsolceller, kan materialforskare leta efter materialpar som har den här typen av matchade bandgap, och skikta dem för att göra solceller som gör med två material vad de enskilda nanorörscellerna kan göra. Kanske kommer svaret inte att vara i nanorör, utan i ett annat par material, säger McEuen.