Νανοσύρματα λειτουργούν σαν μικροσκοπικές ηλιακές κυψέλες

Πηγή: New Scientist, 18 Οκτωβρίου 2007

Αμερικανοί ερευνητές έφτιαξαν νανοσύρματα που διακρατούν αρκετή ισχύ για να τροφοδοτήσουν ένα νανοκύκλωμα. Το νανοσύρμα που μοιάζει με ένα ομοαξονικό σύρμα κατασκευάστηκε με στρώματα πυριτίου και είναι το πρώτο παράδειγμα μικροσκοπικής ηλιακής κυψέλης.

Τα νανοσύρματα αυτά είναι διακόσιες φορές πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα και οι ειδικοί θεωρούν ότι ανοίγει πλέον ο δρόμος για την κατασκευή μικροσκοπικών ηλιακών συλλεκτών οι οποίοι θα δίνουν ενέργεια σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως κινητά τηλέφωνα και iPod.

Πολλές ερευνητικές ομάδες μέχρι τώρα χρησιμοποιούσαν υλικά νανοκλίμακας για να βελτιώσουν τις ηλιακές κυψέλες. Αλλά κανένας δεν είχε κατορθώσει ακόμα να αναπτύξει μια συσκευή με την αποδοτικότητα των υπαρχόντων ηλιακών κυψελών, που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική με απόδοση μεταξύ 20 και 25%.

"Καταφέραμε να αναπτύξουμε μικροσκοπικές ηλιακές κυψέλες και να τους δώσουμε το σχήμα καλωδίων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μικρών φορητών γεννητριών", αναφέρει ο Charles Lieber, καθηγητής του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, επικεφαλής της έρευνας.

Το νανοσύρμα του Lieber έχει στον πυρήνα του ένα κρύσταλλο πυριτίου μαζί με άτομα βορίου διαμορφωμένου στο σχήμα της ράβδου, διαμέτρου περίπου 100 nm. Πρόσθεσαν στρώματα πολυκρυσταλλικού πυριτίου για να το περιτυλίξουν, διαμέτρου 50 nm, που δεν περιέχουν προσμίξεις και άλλο ένα εξωτερικό στρώμα πυριτίου 50 nm με προσμίξεις φωσφόρου.

Η τεχνολογία αυτή θα βοηθήσει τους κατασκευαστές να μειώσουν δραστικά τον όγκο των μπαταριών και, το πιο σημαντικό, να απαλλάξουν τους χρήστες των συσκευών από την αναζήτηση φορτιστών και πριζών αφού οι ακτίνες του ηλίου θα παρέχουν την απαραίτητη ενέργεια στις συσκευές για να λειτουργήσουν.

"Η εξέλιξη αυτή μας επιτρέπει να σκεφτόμαστε την κατασκευή ηλεκτρονικών προϊόντων (και την παροχή ενέργειας σε αυτά) με έναν καινούργιο τρόπο. Οι συσκευές θα είναι εξαιρετικά μικρές και θα μπορούν να φορτιστούν εύκολα και απλά με πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, θα μπορεί κάποιος να φοράει ένα μπουφάν οι τσέπες του οποίου έχουν ενσωματωμένες ηλιακές νανοκυψέλες και τοποθετώντας εκεί το κινητό τηλέφωνο ή κάποια άλλη συσκευή να γίνεται αυτόματα η φόρτιση τους",  δηλώνει ο Charles Lieber, που υποστηρίζει ότι αυτή η εξέλιξη θα δημιουργήσει κυριολεκτικά ανεξάρτητους χρήστες της τεχνολογίας οι οποίοι θα είναι απελευθερωμένοι από τα καλώδια και το ηλεκτρικό ρεύμα.

Πως λειτουργεί

Καθώς το φως χτυπά το καλώδιο, τα ηλεκτρόνια αφήνουν τον κρύσταλλο του πυριτίου, αφήνοντας στη θέση τους θετικά φορτισμένες "οπές", που μπορούν επίσης να κινηθούν μέσα στο υλικό. Τα ηλεκτρόνια τείνουν να κινηθούν προς το εξωτερικό στρώμα του νανοσύρματος, ενώ οι οπές κινούνται προς τον πυρήνα του, με το ενδιάμεσο στρώμα να τα χωρίζει.

Η ροή αυτή των ηλεκτρονίων και των οπών δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα όταν συνδέεται το νανοσύρμα με ένα κύκλωμα.

Αν και η συσκευή αποδείχθηκε ότι μετατρέπει μόνο περίπου το 3% του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά όπως λέει ο Liever  τους επιτρέπει να μελετήσουν μια πλήρως διαφορετική γεωμετρία για τις φωτοβολταϊκές κυψέλες, που μπορούν να είναι ελκυστικά για τη βελτίωση της αποδοτικότητας.

"Ο στόχος μας είναι να φτάσουμε στο ποσοστό 15%", συνεχίζει ο Lieber.

Η μελέτη έδειξε ότι ένα μεμονωμένο νανοσύρμα μπορεί να δημιουργήσει περίπου 50 έως 200 picowatts ηλεκτρικής ενέργειας από το φως του ήλιου - αρκετά για να τροφοδοτήσει ένα μικροσκοπικό κύκλωμα.