Vad är en Nanoantenna?
En nanoantenna, eller nantenna, är en idé för en typ av solcell som istället för att utnyttja synligt ljus för att skapa elektricitet, använder sig av infraröd strålning som ofta anses vara värme och finns utanför det synliga området för människor. Infrarött ljus släpps ut av jorden själv och ett brett spektrum av industriella processer som avfallsenergi, till exempel från koleldade kraftverk. En version av nanoantenna har formen av en mikroskopiskt liten guldfyrkant eller spiral av metalltråd ungefär 1/25: e diametern på ett mänskligt hår som är inbäddat i ett flexibelt polyetenplåt. Metaller som mangan och koppar har också studerats för nanoantenna, och vid forskning från och med 2008 har anordningarna visat sig vara så höga som 92% effektiva vid omvandling av frekvenserna för infrarött ljus som de fångar till elektrisk energi.
Solstrålning sträcker sig över ett brett spektrum utanför det synliga ljusområdet. Det uppskattas att 44% av det ljus som släpps ut av solen är synligt med 7% i det ultravioletta området och 49% i det infraröda området. När synligt ljus påverkar ytan på jorden eller dess atmosfär förlorar det mycket av sin energi i processen och det mesta av detta sänds senare ut i rymden som längre våglängd infraröd strålning. Att fånga denna energi med hjälp av en nanoantenna-grupp kan tjäna två viktiga syften. Energin kan användas för att driva många elektroniska enheter, och den kan också dras bort från utrustning som datorservrar och andra maskiner för att hålla den sval och fungera effektivt.
En av begränsningarna i nuvarande nanoantenna-konstruktioner, som emellertid kan begränsa produktionen av ett nanoantenna-array-system under en lång tid framöver, är arten av infrarött ljus att svänga vid höga frekvenser. Detta gör det nödvändigt att bygga likriktare i systemet som skulle konvertera växelström (AC) infraröda signaler till likström (DC). En jämförbar likriktare för att arbeta med en nanoantenna skulle behöva nedskalas med en faktor 1000 från nuvarande modeller som finns på marknaden från och med 2011 för att fungera effektivt, och denna teknik har ännu inte utvecklats. Ett alternativt tillvägagångssätt skulle vara att skapa själv en likriktande antenn, som skulle vara en kombination av en nanoantenna och en nano-likriktare, och som naturligtvis skulle reglera infraröda frekvenser.
Fördelarna med att skapa solcellekomponenter i nanoskopisk storlek jämfört med traditionella kiselflasksolceller kan göra dem till ett revolutionerande språng framåt. Deras effektivitet vid konvertering av ljus är mycket högre än standardfotovoltaiska solceller som sträcker sig upp till endast cirka 15% för detaljhandelsversioner från och med 2011. En nanoantenna solcell kan konfigureras för att fånga specifika våglängder av infrarött ljus och kan placeras på båda sidor om en panel för att fånga två olika våglängder från varje sida samtidigt.
Kanske ett av de viktigaste framstegen jämfört med traditionell solcellsteknik är dock att de funktionella komponenterna i en nantenna är tillräckligt små för att matriser av enheterna kan inbäddas i flexibelt plastark. Detta ark kunde sedan sträckas över en mängd olika oregelbundna ytor eller elektroniska anordningar. I en forskningsanläggning vid Idaho National Laboratory (INL) i USA har ark av nanoantenna med kvadrater cirka 3 tum och 3 tum bred (7,6 x 7,6 centimeter) redan skapats som vardera innehåller cirka 260 000 000 nantenna vardera och rullar av mycket större ark är möjliga.