Qu'est-ce qu'un nanoantenna?
Une nanoantenna, ou nantenna, est l’idée d’un type de cellule solaire qui, au lieu de tirer parti de la lumière visible pour produire de l’électricité, utilise le rayonnement infrarouge, souvent considéré comme de la chaleur, qui existe au-delà de la plage visible pour les humains. La Terre elle-même et un large éventail de processus industriels émettent de la lumière infrarouge sous forme d’énergie perdue, comme celle produite par les centrales au charbon. Une version du nanoantenna prend la forme d’un carré d’or microscopiquement petit ou d’une spirale de fil métallique environ 1/25 du diamètre d’un cheveu humain insérée dans une feuille de plastique polyéthylène souple. Des métaux tels que le manganèse et le cuivre ont également été étudiés pour le nanoantenna et, depuis 2008, il a été démontré que les dispositifs convertissaient jusqu'à 92% en efficacité de conversion des fréquences de la lumière infrarouge capturées en énergie électrique.
Le rayonnement solaire couvre un large spectre au-delà de la plage de lumière visible. On estime que 44% de la lumière émise par le soleil est visible, dont 7% dans l'ultraviolet et 49% dans l'infrarouge. Lorsque la lumière visible frappe la surface de la Terre ou son atmosphère, elle perd une grande partie de son énergie et la majeure partie de celle-ci est ensuite renvoyée dans l'espace sous forme de rayonnement infrarouge à plus grande longueur d'onde. Capturer cette énergie en utilisant un tableau de nanoantenna pourrait servir deux objectifs importants. L'énergie pourrait être utilisée pour alimenter de nombreux appareils électroniques. Elle pourrait également être retirée d'équipements tels que des serveurs informatiques et d'autres machines pour la garder fraîche et fonctionner efficacement.
L'une des limites des conceptions actuelles de nanoantenna, qui peut limiter la production d'un système de réseaux de nanoantenna pendant un certain temps, est la nature de la lumière infrarouge qui oscille aux hautes fréquences. Cela rend nécessaire la création de redresseurs dans le système qui convertiraient les signaux infrarouges en courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Un redresseur comparable pour fonctionner avec un nanoantenna devrait être réduit d'un facteur 1 000 par rapport aux modèles existants sur le marché depuis 2011 pour fonctionner efficacement, et cette technologie n'a pas encore été développée. Une approche alternative consisterait à créer une antenne de redressement elle-même, qui serait une combinaison d'un nanoantenna et d'un nano-redresseur, et qui régulerait naturellement les fréquences infrarouges.
Les avantages de la création de composants de cellules solaires de taille nanoscopique par rapport aux cellules solaires traditionnelles à tranche de silicium peuvent en faire un bond en avant révolutionnaire. Leur efficacité en matière de conversion de la lumière est bien supérieure à celle des cellules solaires photovoltaïques standard, qui n’atteignent que 15% environ pour les versions destinées au commerce à partir de 2011. Une cellule solaire nanoantenna pourrait être configurée pour capturer des longueurs d’onde spécifiques de la lumière infrarouge et être placée de part et d’autre. un panneau pour capturer simultanément deux longueurs d’onde différentes de chaque côté.
Cependant, l’un des progrès les plus importants par rapport à la technologie traditionnelle des cellules solaires réside dans le fait que les composants fonctionnels d’un nantenna sont suffisamment petits pour que les matrices de dispositifs puissent être intégrées dans des feuilles de plastique souples. Cette feuille pourrait ensuite être étirée sur une grande variété de surfaces irrégulières ou d'appareils électroniques. Aux États-Unis, dans un centre de recherche de l’Idaho National Laboratory (INL), des feuilles de nanoantenna avec des carrés d’environ 3 pouces sur 3 pouces de largeur (7,6 sur 7,6 centimètres) ont déjà été créées. Chacune contient environ 260 000 000 nantenna et des rouleaux de des feuilles plus grandes sont possibles.