Заменив классический кремний на индивидуальные углеродные нанотрубки, учёные из Корнелла (Cornell University) получили более эффективные элементы для создания солнечных батарей.
Одним из факторов, ограничивающих эффективность солнечных панелей, является скромная способность рабочего материала преобразовывать «энергичные» фотоны в пары электрон-дырка. При столкновении фотона с кремнием, к примеру, происходит возбуждение лишь одного электрона, он и становится частью электрического потока. Излишек энергии, которой обладал фотон, теряется в виде тепла.
Долгие годы учёным было известно, что наночастицы работают эффективнее. Падающий на них фотон мог бы выбить два и даже три электрона, увеличивая электрический ток в разы. Но никто так и не взялся за осуществление идеи, отчасти из-за того что было не ясно, как собирать с мельчайших наночастиц ток.
Американцы в сотрудничестве с канадцами придумали подсоединить к электродам отдельные однослойные углеродные нанотрубки. Их вытянутая форма позволяет легче поделить электрон и дырку, «разлетающиеся» к разным электродам.
Сначала профессор Пол Макюэн (Paul McEuen) и его команда решили проверить, будут ли углеродные нанотрубки генерировать больше одной пары электрон-дырка на один фотон. Создав описанную выше конструкцию, они обнаружили, что при освещении её лазерными лучами происходит появление двух пар зарядов в каждой нанотрубке. Подключение слабого электрического тока к системе позволяло собрать этот излишек энергии.
Пока физики смогли получить прототип, который работает лишь при 60 К (-213 °C). Однако его последующее изучение приведёт к появлению нового устройства, которое сможет генерировать ток при более высоких температурах, уверен Пол.
Сейчас полученную конструкцию сложно назвать полноценной солнечной батареей, но в случае если технологию удастся увеличить в масштабе, будет достигнуто значительное повышение эффективности.
Статья авторов исследования опубликована в журнале Science (также её можно скачать здесь, PDF-документ, 565 килобайт). Читайте также пресс-релиз университета.
Кстати, мы рассказывали о том, как углеродные нанотрубки повысили эффективность солнечных батарей немного другим способом.
