Силикон один из основных и очень дорогих материалов, используемых в производстве солнечных панелей. Если бы можно было заменить этот материал на такой же эффективный, но менее дорогой, солнечные панели стали бы доступны широкому кругу покупателей.

Исследователи из университета Корнелла думают также. В своей работе они используют углеродные нанотрубки вместо традиционного силикона, что, по их мнению, должно повысить эффективность превращения света в электричество.

Исследователи изготовили один солнечный фотоэлемент, также известный как фотодиод, и проводили испытания, измеряли и изучали его. Уникальность этого фотодиода состоит в том, что он изготовлен из одной карбоновой нанотрубки. Пол МакЕан (Paul McEuen), профессор физики университета им. Голдвина Смита (Goldwin Smith), и Дживунг Парк (Jiwoong Park), ассистент профессора химии и химической биологии, гордятся своей работой и изучают каждую деталь элемента, который под их руководство разработала команда исследователей.

По их словам этот элемент настолько эффективен в процессе превращения света в электричество, что намного увеличивает силу электрического тока. Такой результат может служить началом эры производства новых высокоэффективных солнечных фотоэлементов.
Натан Габор (Nathan Gabor), аспирант лаборатории МакЕана, говорит: «Мы не только ищем новый материал, но мы еще и проверяем его на практике».

Для создания данного солнечного фотоэлемента исследователи использовали скрученный лист графена. Они создали из графена углеродную трубку, состоящую из одной графитовой плоскости. Размер нанотрубки сравним с молекулой ДНК. Нанотрубка соединяет два электрических контакта и замкнута на два электрических затвора (один негативно заряженный, другой – позитивно). Другая группа ученых тоже создала диод, который является обычным транзистором и может пропускать ток только в одном направлении. Они тоже использовали нанотрубку из одной графитовой плоскости.

Группа из университета Корнелла была первой в применении базовой идеи, но пошла дальше. Они создали практически туже трубку, но пропустили через нее свет. Они пропускали лазеры разных цветов в разных местах нанотрубки. И, о чудо! Они выяснили, что более высокие уровни энергии фотона имеют усиливающий эффект в процессе выработки электрического тока.

Как такое могло случиться? Когда они провели тщательный анализ всего эксперимента, они нашли щель, через которую один за одни проходили электроны. Этот эффект был обусловлен цилиндрической структурой углеродной трубки. Проходя через нанотрубку, электроны возбуждаются и создают новые электроны, которые продолжают формировать поток. По мнению исследователей нанотрубка – это практически идеальный фотоэлектрический элемент, т.к. позволяет электронам создавать новые электроны, используя свободную энергию света.

Если сравнивать углеродные нанотрубки с традиционными элементами, то последние теряют энергию в виде тепловой энергии. Из этого следует, что традиционным элементам для правильной работы необходимо охлаждение. В результате углеродные нанотрубки значительно эффективнее, но их производство еще нужно поставить на промышленные рельсы. А результаты исследования исследователей из университета Корнелла пока остаются всего лишь теорией и концепцией.