Che cos'è una nanoantenna?
Una nanoantenna, o nantenna, è un'idea per un tipo di cella solare che, invece di sfruttare la luce visibile per creare elettricità, fa uso della radiazione infrarossa che è spesso considerata calore ed esiste al di là della portata visibile per l'uomo. La luce a infrarossi viene emessa dalla Terra stessa e da una vasta gamma di processi industriali come energia di scarto, ad esempio da centrali elettriche a carbone. Una versione della nanoantenna prende la forma di un microscopicamente piccolo quadrato d'oro o spirale di filo metallico circa 1/25 del diametro di un capello umano che è incorporato in un foglio di plastica flessibile in polietilene. Metalli come manganese e rame sono stati studiati anche per la nanoantenna e, nella ricerca a partire dal 2008, i dispositivi hanno dimostrato di essere efficienti fino al 92% nel convertire le frequenze della luce infrarossa che catturano in energia elettrica.
La radiazione solare attraversa un ampio spettro oltre la gamma visibile di luce. Si stima che il 44% della luce emessa dal Sole sia visibile con il 7% nella gamma degli ultravioletti e il 49% nella gamma degli infrarossi. Quando la luce visibile colpisce la superficie della Terra o la sua atmosfera, perde gran parte della sua energia nel processo e la maggior parte di questo viene successivamente emessa nello spazio come radiazione infrarossa a lunghezza d'onda più lunga. Catturare questa energia usando un array nanoantenna potrebbe servire a due scopi importanti. L'energia potrebbe essere utilizzata per alimentare numerosi dispositivi elettronici e potrebbe anche essere estratta da apparecchiature come server di computer e altri macchinari per mantenerlo fresco e funzionare in modo efficiente.
Una delle limitazioni negli attuali progetti di nanoantenna, tuttavia, che potrebbe limitare la produzione di un sistema di array nanoantenna per qualche tempo a venire, è la natura della luce a infrarossi che oscilla alle alte frequenze. Ciò rende necessario costruire nel sistema raddrizzatori che convertano i segnali a infrarossi a corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Un raddrizzatore analogo per funzionare con una nanoantenna dovrebbe essere ridotto di un fattore di 1.000 rispetto agli attuali modelli esistenti sul mercato dal 2011 per funzionare in modo efficace e questa tecnologia non è ancora stata sviluppata. Un approccio alternativo sarebbe quello di creare un'antenna rettificatrice stessa, che sarebbe una combinazione di una nanoantenna e una nano-raddrizzatore e che regolerebbe naturalmente le frequenze infrarosse.
I vantaggi della creazione di componenti di celle solari di dimensioni nanoscopiche rispetto alle tradizionali celle solari con wafer di silicio possono fare di loro un salto rivoluzionario. La loro efficienza nel convertire la luce è molto più elevata rispetto alle celle solari fotovoltaiche standard che vanno fino al 15% circa per le versioni retail dal 2011. Una cella solare nanoantenna potrebbe essere configurata per catturare specifiche lunghezze d'onda della luce infrarossa e potrebbe essere posizionata su entrambi i lati un pannello per catturare contemporaneamente due diverse lunghezze d'onda da ciascun lato.
Forse uno dei progressi più importanti rispetto alla tradizionale tecnologia delle celle solari, tuttavia, è che i componenti funzionali di una nantenna sono abbastanza piccoli da poter inserire array di dispositivi in fogli di plastica flessibile. Questo rivestimento potrebbe quindi essere allungato su un'ampia varietà di superfici irregolari o dispositivi elettronici. In una struttura di ricerca presso l'Idaho National Laboratory (INL) negli Stati Uniti, sono già stati creati fogli di nanoantenna con quadrati larghi circa 3 pollici per 3 pollici (7,6 per 7,6 centimetri) che contengono ciascuno circa 260.000.000 di nantenna ciascuno e rotoli di molto sono possibili fogli più grandi.