Ученые создали инновационное оптическое устройство, преобразующее свет в постоянный ток

Ректификационные (выпрямляющие) антенны – так называемые «ректенны» — представляют собой устройства, которые поглощают радиочастотную (РЧ) энергию и преобразовывают ее в полезную электрическую энергию. Ранние попытки построения таких устройств для поглощения и преобразования энергии на оптических длинах волн были неудачными, однако, благодаря достижениям в области микроскопической технологии производства и появлению углеродных нанотрубок, инженеры из технологического института Джорджии смогли создать ректенны, которые способны захватить свет и конвертировать его в постоянный электрический ток. По мнению инженеров, новая технология позволит удвоить эффективность выработки солнечной энергии.

Созданные более 40 лет назад, до настоящего времени ректенны использовались в основном для захвата и преобразования энергии в инфракрасном диапазоне длин волн (в несколько десятков микрон), и нашли применение в качестве источника энергии для RFID-устройств. Field Communications (NFC).

Для создания ректенны, функционирующей на видимом свете, инженеры вырастили массив из миллиардов вертикальных углеродных нанотрубок на кремниевой подложке, используя технологии химико-парового осаждения. Затем каждая из этих нанотрубок была глазурована изолятором из оксида алюминия, и весь массив был запечатан в оптически прозрачный тонкий слой из карбоната алюминия. Полученное устройство работает в качестве анода.

Многослойные углеродные нанотрубки в ответ на поступающее световое излучение начинают колебаться. Это порождает электрический заряд, который затем передается на встроенные выпрямители (ректификаторы), которые в свою очередь преобразуют переменный ток в постоянный. Эти выпрямители включаются и выключаются в ответ на колебания с невероятной скоростью в один петагерц (один квадриллион раз в секунду), «толкая» электроны через электрод для создания небольшого количества постоянного тока.

Стоит отметить, что первый прототип этого устройства в настоящее время имеет менее одного процента эффективности преобразования. Однако, инженеры из института Джорджии продолжают работать над оптимизацией новой технологии, которая может быть в дальнейшем использована в солнечной энергетике.

В следующем небольшом видео инженеры излагают суть и результаты свои исследований.