(PhysOrg.com) -- La curiosità scientifica di base ha dato i suoi frutti in modi inaspettati quando i ricercatori della Rice University che studiano la fisica fondamentale dei nanomateriali hanno scoperto una nuova tecnologia che potrebbe migliorare notevolmente i pannelli a energia solare.

La ricerca è descritta in un nuovo articolo questa settimana sulla rivista Scienza .

"Stiamo fondendo l'ottica delle antenne su nanoscala con l'elettronica dei semiconduttori, ", ha affermato la ricercatrice capo Naomi Halas, Stanley C. Moore Professor di Rice in Ingegneria Elettrica e Informatica. "Non esiste un modo pratico per rilevare direttamente la luce infrarossa con il silicio, ma abbiamo dimostrato che è possibile sposare il semiconduttore con una nanoantenna. Prevediamo che questa tecnica verrà utilizzata in nuovi strumenti scientifici per il rilevamento della luce infrarossa e per celle solari a maggiore efficienza".

Più di un terzo dell'energia solare sulla Terra arriva sotto forma di luce infrarossa. Ma il silicio, il materiale utilizzato per convertire la luce solare in elettricità nella stragrande maggioranza dei pannelli solari odierni, non può catturare l'energia della luce infrarossa. Ogni semiconduttore, compreso il silicio, ha un "bandgap" in cui la luce al di sotto di una certa frequenza passa direttamente attraverso il materiale e non è in grado di generare una corrente elettrica. Attaccando una nanoantenna metallica al silicio, dove la minuscola antenna è appositamente sintonizzata per interagire con la luce infrarossa, il team di Rice ha dimostrato di poter estendere la gamma di frequenze per la generazione di elettricità nell'infrarosso. Quando la luce a infrarossi colpisce l'antenna, crea un "plasmone, "un'onda di energia che scorre nell'oceano di elettroni liberi dell'antenna. Lo studio dei plasmoni è una delle specialità di Halas, e il nuovo articolo è il risultato di una ricerca di base sulla fisica dei plasmoni iniziata nel suo laboratorio anni fa.

È noto che i plasmoni decadono e cedono la loro energia in due modi; o emettono un fotone di luce o convertono l'energia luminosa in calore. Il processo di riscaldamento inizia quando il plasmone trasferisce la sua energia a un singolo elettrone, un elettrone "caldo". Mark Knight, studente laureato alla Rice, autore principale della carta, insieme al fisico teorico della Rice Peter Nordlander, suo studente laureato Heidar Sobhani, e Halas decisero di progettare un esperimento per rilevare direttamente gli elettroni caldi risultanti dal decadimento del plasmone.

Modellare una nanoantenna metallica direttamente su un semiconduttore per creare una "barriera Schottky, "Knight ha mostrato che la luce infrarossa che colpisce l'antenna risulterebbe in un elettrone caldo che potrebbe saltare la barriera, che crea una corrente elettrica. Funziona per la luce infrarossa a frequenze che altrimenti passerebbero direttamente attraverso il dispositivo.

"I diodi nanoantenna che abbiamo creato per rilevare gli elettroni caldi generati dai plasmoni sono già abbastanza bravi a raccogliere la luce infrarossa e trasformarla direttamente in elettricità, " ha detto Knight. "Siamo ansiosi di vedere se questa espansione della raccolta della luce alle frequenze infrarosse si tradurrà direttamente in celle solari ad alta efficienza".