(PhysOrg.com) -- La curiosité scientifique de base a porté ses fruits de manière inattendue lorsque des chercheurs de l'Université Rice enquêtant sur la physique fondamentale des nanomatériaux ont découvert une nouvelle technologie qui pourrait considérablement améliorer les panneaux d'énergie solaire.

La recherche est décrite dans un nouvel article cette semaine dans la revue Science .

"Nous fusionnons l'optique des antennes nanométriques avec l'électronique des semi-conducteurs, " a déclaré la chercheuse principale Naomi Halas, Le professeur Stanley C. Moore de Rice en génie électrique et informatique. "Il n'y a aucun moyen pratique de détecter directement la lumière infrarouge avec du silicium, mais nous avons montré que c'est possible si vous mariez le semi-conducteur à une nanoantenne. Nous prévoyons que cette technique sera utilisée dans de nouveaux instruments scientifiques pour la détection de la lumière infrarouge et pour les cellules solaires à plus haut rendement. »

Plus d'un tiers de l'énergie solaire sur Terre arrive sous forme de lumière infrarouge. Mais le silicium - le matériau utilisé pour convertir la lumière du soleil en électricité dans la grande majorité des panneaux solaires d'aujourd'hui - ne peut pas capturer l'énergie de la lumière infrarouge. Chaque semi-conducteur, y compris le silicium, a une "bande interdite" où la lumière en dessous d'une certaine fréquence passe directement à travers le matériau et est incapable de générer un courant électrique. En fixant une nanoantenne métallique au silicium, où la minuscule antenne est spécialement réglée pour interagir avec la lumière infrarouge, l'équipe Rice a montré qu'elle pouvait étendre la gamme de fréquences pour la production d'électricité dans l'infrarouge. Lorsque la lumière infrarouge frappe l'antenne, il crée un "plasmon, " une onde d'énergie qui traverse l'océan d'électrons libres de l'antenne. L'étude des plasmons est l'une des spécialités de Halas, et le nouvel article est le résultat d'une recherche fondamentale sur la physique des plasmons qui a commencé dans son laboratoire il y a des années.

On sait que les plasmons se désintègrent et cèdent leur énergie de deux manières; soit ils émettent un photon de lumière, soit ils convertissent l'énergie lumineuse en chaleur. Le processus de chauffage commence lorsque le plasmon transfère son énergie à un seul électron - un électron « chaud ». Mark Knight, étudiant diplômé de Rice, auteur principal sur le papier, avec le physicien théoricien Rice Peter Nordlander, son étudiant diplômé Heidar Sobhani, et Halas a entrepris de concevoir une expérience pour détecter directement les électrons chauds résultant de la désintégration du plasmon.

Modeler une nanoantenne métallique directement sur un semi-conducteur pour créer une "barrière Schottky, " Knight a montré que la lumière infrarouge frappant l'antenne produirait un électron chaud qui pourrait sauter la barrière, qui crée un courant électrique. Cela fonctionne pour la lumière infrarouge à des fréquences qui autrement passeraient directement à travers l'appareil.

"Les nano-antennes-diodes que nous avons créées pour détecter les électrons chauds générés par les plasmons sont déjà assez efficaces pour capter la lumière infrarouge et la transformer directement en électricité, " a déclaré Knight. " Nous sommes impatients de voir si cette expansion de la récolte de lumière aux fréquences infrarouges se traduira directement par des cellules solaires à plus haut rendement. "