Særlige nanorør kunne forbedre solenergi og billedteknologi

Fysikere har opdaget en ny slags nanorør, der genererer strøm i nærvær af lys. Enheder såsom optiske sensorer og infrarøde billedchips er sandsynlige applikationer, som kunne være nyttige inden for områder som automatiseret transport og astronomi. I fremtiden, hvis effekten kan forstørres og teknologien opskaleres, det kan føre til højeffektive solenergienheder.

Arbejde med et internationalt hold af fysikere, University of Tokyo Professor Yoshihiro Iwasa udforskede mulige funktioner af et særligt halvleder-nanorør, da han havde et pære-øjeblik. Han tog denne ordsprogede pære (som i virkeligheden var en laser) og lyste den på nanorøret for at opdage noget oplysende. Visse bølgelængder og intensiteter af lys inducerede en strøm i prøven - dette kaldes den fotovoltaiske effekt. Der er flere solcellematerialer, men arten og opførselen af ​​dette nanorør giver anledning til begejstring.

"I bund og grund genererer vores forskningsmateriale elektricitet som solpaneler, men på en anden måde, "sagde Iwasa." Sammen med Dr. Yijin Zhang fra Max Planck Institute for Solid State Research i Tyskland, vi demonstrerede for første gang, at nanomaterialer kunne overvinde en hindring, som snart vil begrænse den nuværende solteknologi. For nu er solpaneler så gode som de kan være, men det kunne vores teknologi forbedre. "

Det strøminducerende nanorør er lavet af sammenrullede plader af et specielt halvledermateriale baseret på wolframdisulfid (WS) ₂ ). Pladerne inducerer ikke en strøm i nærvær af lys, medmindre de rulles ind i rør. Dette er en opstået adfærd, en ikke iboende til materialet, før det er modificeret. Det interessante er, hvordan det adskiller sig fra eksisterende solcellematerialer.

Generelt, fotovoltaiske solpaneler gør brug af et bestemt arrangement af materialer kaldet et p-n-kryds. Det er her to forskellige slags materialer (p-type og n-type) er fastgjort, som alene ikke genererer en strøm i nærvær af lys, men når de placeres sammen, gør. P-n junction-baserede solceller er forbedret i effektivitet i løbet af de 80 år eller deromkring siden deres opdagelse. Imidlertid, de nærmer sig deres teoretiske grænser til dels på grund af deres behov for arrangement af flere materialer.

WS ₂ nanorør er ikke afhængige af en forbindelse mellem materialer for at opnå den fotovoltaiske effekt. Når de udsættes for lys, de genererer en strøm gennem hele deres struktur eller bulk. Dette kaldes bulk photovoltaic effect (BPVE), og det opstår som WS ₂ nanorør er ikke symmetrisk, hvis du skulle vende det om. Hvis det var symmetrisk, den inducerede strøm ville ikke have en foretrukken retning og ville således ikke flyde. Så andre symmetriske nanorør - såsom de berømte carbon nanorør - udviser ikke BPVE på trods af at de er gode elektriske ledere.

"Vores forskning viser en hel størrelsesorden forbedring i effektiviteten af ​​BPVE sammenlignet med dets tilstedeværelse i andre materialer, "fortsatte Iwasa." Men på trods af denne enorme gevinst, vores WS ₂ nanorør kan endnu ikke sammenlignes med genereringspotentialet for p-n-forbindelsesmaterialer. Dette skyldes, at enheden er nanoskopisk og vil være svær at lave større. Men det er muligt, og jeg håber, at kemikerne bliver inspireret til at tage den udfordring op."

På lang sigt, forskere håber, at denne form for materiale kunne tillade fremstilling af mere effektive solpaneler. Men i betragtning af de forudsigelige størrelsesbegrænsninger på kort sigt, det er mere sandsynligt, at det finder anvendelse i andre applikationer. BVPE kunne bruges til at skabe mere følsomme og højere troværdige optiske eller infrarøde sensorer. Disse har yderligere applikationer i indlejrede overvågningsenheder, sensorbelastede selvkørende biler eller endda i billedsensorerne til astronomiske teleskoper.

"Mine kolleger fra hele verden og jeg udforsker ivrigt potentialet i denne hidtil usete teknologi, " konkluderede Iwasa. "For mig, tanken om at skabe nye materialer ud over alt, hvad naturen kan give, er en fascinerende belønning i sig selv. "

Undersøgelsen er offentliggjort i Natur .