(PhysOrg.com) -- Una nuova tecnologia energetica alternativa si basa sull'elemento più associato al cambiamento climatico:il carbonio.

I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison stanno studiando come creare celle solari efficienti da nanotubi di carbonio, che sono fogli di carbonio arrotolati in cilindri senza saldatura di un nanometro di diametro. Molti ricercatori stanno studiando come utilizzare i nanotubi per applicazioni meccaniche ed elettroniche, ma l'assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria Michael Arnold è uno dei primi ad applicarli all'energia solare.

"Stiamo sviluppando nuovi materiali e metodi per creare scalabili, poco costoso, tecnologie di celle solari fotovoltaiche stabili ed efficienti, " dice Arnold. "I nanotubi di carbonio semiconduttori hanno notevoli proprietà elettroniche e ottiche che sono ideali per il fotovoltaico, quindi sono un punto di partenza interessante."

Il carbonio è una scelta promettente per le celle solari perché è un abbondante, elemento poco costoso, e i nanotubi di carbonio hanno un'eccellente conduttività elettrica e una forte capacità di assorbimento ottico. La maggior parte delle attuali celle solari utilizza silicio, che converte dal 10 al 30 percento della luce solare assorbita in elettricità. Questo è un buon tasso, ma le celle al silicio sono costose.

"Il costo è anticipato per le celle al silicio, e il costo per kilowattora è cinque volte superiore a quello che pagheresti per il carbone in 20 anni - non è molto motivante per le persone, " dice Arnold. Con i nanotubi di carbonio, spera di ottenere un'efficienza paragonabile alle celle solari al silicio a un costo inferiore.

Arnold afferma che il solare è una preziosa fonte di energia poiché il sole emette circa 1, 000 watt per metro quadrato. Una cella solare efficiente solo al 20% genererebbe circa 200 watt per metro quadrato in una giornata di sole, quindi rivestire il tetto di una casa media di 40 metri quadrati con celle solari intaccherebbe in modo significativo il fabbisogno energetico medio della famiglia. Per avere un effetto sulla rete elettrica nazionale, Arnold immagina vasti campi di celle solari costruite in regioni desertiche.

"Il solare è una tecnologia valida per produrre energia, " dice Arnold. "E 'solo troppo costoso in questo momento."

Per creare le nuove celle solari a nanotubi di carbonio, Arnold ei suoi studenti coltivano strutture di nanotubi e quindi separano i nanotubi semiconduttori utili da quelli metallici indesiderabili. Separano anche i tubi in base al diametro, che determina il bandgap di un particolare nanotubo, o lunghezza d'onda della luce che il tubo può assorbire. Alcuni bandgap sono più adatti di altri per assorbire la luce solare.

Dopo aver selezionato i nanotubi utili, il team li avvolge in un polimero semiconduttore per rendere solubili i tubi. Trasformano i nanotubi e il polimero combinati in una soluzione, che può essere spruzzato in un film sottile su substrati di vetro trasparenti rivestiti di indio-stagno-ossido. I ricercatori depositano quindi un semiconduttore che accetta gli elettroni e un elettrodo negativo sopra i nanotubi per completare l'intera cella.

Nella creazione delle nuove celle solari, Arnoldo, che è finanziato dalla National Science Foundation, sta tentando di rispondere a una serie di domande fondamentali sulla scienza e sulla ricerca. Sta studiando come viene generata la carica nei nanotubi in risposta alla luce e come i diversi materiali che accettano gli elettroni influenzino l'efficienza e la velocità della separazione di tale carica.

"La domanda guida è, possiamo capire come elaborare entrambi i tubi per ottenere la morfologia che vogliamo, e possiamo anche imparare come la luce crea cariche nei nostri materiali di nanotubi di carbonio e come queste cariche si separano?" dice.

Fornito da University of Wisconsin-Madison (notizie:web)