Accendino, più flessibile, e più economico dei materiali convenzionali delle celle solari, i nanotubi di carbonio (CNT) hanno da tempo mostrato risultati promettenti per il fotovoltaico. Ma la ricerca si è bloccata quando i CNT si sono rivelati inefficienti, convertire molta meno luce solare in energia rispetto ad altri metodi.

Ora un gruppo di ricerca guidato da Mark Hersam, professore di scienza e ingegneria dei materiali e la cattedra Bette e Neison Harris di eccellenza nell'insegnamento presso la McCormick School of Engineering della Northwestern University, ha creato un nuovo tipo di cella solare CNT che è due volte più efficiente dei suoi predecessori. È anche la prima cella solare CNT ad avere le sue prestazioni certificate dal National Renewable Energy Laboratory.

"Il campo ha oscillato intorno all'1% di efficienza per circa un decennio; si era davvero stabilizzato, " ha detto Hersam. "Ma siamo stati in grado di aumentarlo a oltre il 3 per cento. È un salto significativo".

La ricerca è descritta nell'articolo "Polychiral Semiconducting Carbon Nanotube-Fullerene Solar Cells" nel numero del 7 agosto di Nano lettere .

Il segreto sta nella chiralità dei CNT, che è una combinazione del diametro e della torsione dei tubi. Quando un sottile foglio di carbonio viene arrotolato in un nanotubo, sono possibili diverse centinaia di chiralità diverse. Nel passato, i ricercatori tendevano a scegliere una particolare chiralità con buone proprietà semiconduttive ea costruire un'intera cella solare da quella.

"Il problema è che la chiralità di ogni nanotubo assorbe solo una gamma ristretta di lunghezze d'onda ottiche, " disse Hersam. "Se crei una cella solare da un singolo nanotubo di carbonio con chiralità, in pratica butti via la maggior parte della luce solare."

La squadra di Hersam ha creato una miscela di polichirale, o chiralità multipla, nanotubi semiconduttori. Ciò ha massimizzato la quantità di fotocorrente prodotta assorbendo una gamma più ampia di lunghezze d'onda dello spettro solare. Le cellule hanno assorbito significativamente le lunghezze d'onda del vicino infrarosso, una gamma che è stata inaccessibile a molte delle principali tecnologie a film sottile.

Sebbene questo sia un importante progresso per le celle solari CNT, sono ancora in ritardo rispetto ad altri materiali in termini di efficienza. Silicio, Per esempio, può essere efficiente del 15-20%, ma è più costoso da produrre. "Se guardi alla nostra performance, c'è sicuramente un grande salto, "Hersam ha detto. "Ma c'è altro lavoro da fare. Dobbiamo ancora far avanzare questa tecnologia di un fattore da tre a cinque".

Hersam ha detto che il prossimo passo è creare celle solari CNT polichirali che hanno più strati. Ogni strato sarebbe ottimizzato per una particolare porzione dello spettro solare e, così, assorbire più luce. Ha detto che potrebbero anche incorporare altri materiali, come semiconduttori organici o inorganici, per completare i CNT.

"Ciò che vorremmo fare è assorbire ogni fotone dal sole e convertirlo in elettricità, ", ha detto. "In altre parole, vorremmo avere una cella solare che abbia uno spettro di assorbimento perfettamente corrispondente alla luce solare. Siamo sulla buona strada per raggiungere questo obiettivo".