Углеродные трубки – средство поглощения солнечных лучей инфракрасного спектра

Солнечные панели совершенствуются и становятся дешевле с каждым годом. Но в одном отношении они все-таки остаются довольно примитивными. Гелиоустановки поглощают солнечные лучи лишь из видимого сегмента спектра. Между тем 40% света, достигающего Земли, находится в инфракрасной области или очень близко к ней. Солнечный элемент, который сможет аккумулировать такое излучение, станет настоящим прорывом в альтернативной энергетике. Однако создать подобную установку довольно сложно. Тем не менее, как сообщается в журнале «Advanced Materials», группе исследователей из Массачусетского технологического института под руководством  Майкла Страно удалось найти способ, как это сделать. 

Когда свет достигает поверхности солнечной панели на основе кремния, она высвобождает электроны, которые образуют электрический ток. Другие материалы реагируют аналогично на лучи других частот. Так, например, ученые несколько лет назад узнали о том, что углеродные нанотрубки – крохотные цилиндры из чистого углерода – испускают электроны при стимуляции инфракрасным излучением.

Это открытие послужило толчком к проведению многочисленных экспериментов, которые, к сожалению, не принесли особых результатов. Главная трудность заключается в самом процессе производства нанотрубок. При их производстве образуются материалы двух видов: один обладает свойствами, напоминающими свойства металла, а второй ведет себя как полупроводник. В солнечных элементах требуются полупроводниковые материалы. Металлы в данном случае являются примесями, которые должны быть удалены, чтобы элемент работал эффективно.

До недавнего времени ученым буквально приходилось «вылавливать» полупроводящие нанотрубки по одной, а потом фиксировать их с помощью клея. Таким способом можно создать солнечный элемент, но он требует много времени и больших финансовых затрат. К тому же, химическая неустойчивость клея приводит к тому, что панели быстро выходят из строя.

В своей работе доктор Страно применил новый производственный процесс, использовав полимерный клей, который обладает структурным сходством с полупроводниковыми нанотрубками. Из этой смеси он смог получить большое количество нанотрубок. Далее он расположил их слоем толщиной в 100 нанометров на стеклянной поверхности. Под влиянием своего веса нанотрубки прилипли к стеклу без необходимости наносить клей. На последней стадии на поверхность наносился бакминстерфуллерен (разновидность углерода, в котором атомы располагаются сферически).

Результаты проведенной работы оказались не самыми впечатляющими. Новый прибор преобразует лишь 0,1% солнечных лучей из инфракрасной области спектра. Тем не менее, доктор Страно и его коллеги настроены очень оптимистично. В конце концов, 0,1% - это большое достижение по сравнению с нулевым результатом. К тому же, самые передовые гелиотехнологии также имели такие показатели вначале, а потом совершенствовались со временем.

Более того, новая технология обладает одним существенным преимуществом. Хотя углеродные нанотрубки поглощают инфракрасное излучение, они практически прозрачны. Это значит, что если (и когда) они станут рентабельными и конкурентоспособными, то могут быть использованы в качестве покрытия на традиционные кремниевые панели, которые будут преобразовывать гораздо большую часть падающего солнечного света в электричество.  

TheEconomist, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.economist.com/blogs/babbage/2012/07/solar-energy