¿Qué es una nanoantenna?

Una nanoantena, o antena, es una idea para un tipo de célula solar que, en lugar de aprovechar la luz visible para crear electricidad, utiliza radiación infrarroja que a menudo se considera calor y existe más allá del rango visible para los humanos. La Tierra emite una luz infrarroja y una amplia gama de procesos industriales como energía residual, como las de las centrales eléctricas de carbón. Una versión de la nanoantenna toma la forma de un cuadrado de oro microscópicamente pequeño o una espiral de alambre de metal de aproximadamente 1/25 del diámetro de un cabello humano que está incrustado en una lámina de plástico de polietileno flexible. Los metales como el manganeso y el cobre también se han estudiado para la nanoantena y, en una investigación a partir de 2008, se ha demostrado que los dispositivos tienen una eficiencia de hasta un 92% para convertir las frecuencias de luz infrarroja que capturan en energía eléctrica.

La radiación solar abarca un amplio espectro más allá del rango visible de luz. Se estima que el 44% de la luz emitida por el Sol es visible con el 7% en el rango ultravioleta y el 49% en el rango infrarrojo. Cuando la luz visible impacta con la superficie de la Tierra o su atmósfera, pierde gran parte de su energía en el proceso y la mayor parte de esta se vuelve a emitir al espacio como radiación infrarroja de longitud de onda más larga. Capturar esta energía usando una matriz de nanoantenna podría servir para dos propósitos importantes. La energía podría usarse para alimentar numerosos dispositivos electrónicos, y también podría extraerse de equipos como servidores de computadoras y otra maquinaria para mantenerla fresca y funcionando de manera eficiente.

Sin embargo, una de las limitaciones en los diseños actuales de nanoantenna, que puede limitar la producción de un sistema de matriz de nanoantenna durante algún tiempo, es la naturaleza de la luz infrarroja que oscila a altas frecuencias. Esto hace que sea necesario construir rectificadores en el sistema que conviertan las señales infrarrojas de corriente alterna (CA) en energía de corriente continua (CC). Un rectificador comparable para trabajar con una nanoantena tendría que reducirse en un factor de 1,000 de los modelos actuales que existen en el mercado a partir de 2011 para funcionar de manera efectiva, y esta tecnología aún no se ha desarrollado. Un enfoque alternativo sería crear una antena rectificadora en sí misma, que sería una combinación de una nanoantena y un nano-rectificador, y que naturalmente regularía las frecuencias infrarrojas.

Las ventajas de crear componentes de células solares de tamaño nanoscópico sobre las células solares de obleas de silicio tradicionales pueden hacer que sean un salto revolucionario hacia adelante. Su eficiencia en la conversión de luz es mucho mayor que las células solares fotovoltaicas estándar que varían hasta aproximadamente el 15% para las versiones minoristas a partir de 2011. Una célula solar de nanoantena podría configurarse para capturar longitudes de onda específicas de luz infrarroja y podría colocarse en ambos lados de un panel para capturar dos longitudes de onda diferentes de cada lado simultáneamente.

Sin embargo, quizás uno de los avances más importantes sobre la tecnología tradicional de células solares es que los componentes funcionales de una antena son lo suficientemente pequeños como para que las matrices de los dispositivos puedan integrarse en láminas de plástico flexible. Este revestimiento podría extenderse sobre una amplia variedad de superficies irregulares o dispositivos electrónicos. En una instalación de investigación en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) en los EE. UU., Ya se han creado láminas de nanoantenna con cuadrados de aproximadamente 3 pulgadas por 3 pulgadas de ancho (7,6 por 7,6 centímetros) que contienen aproximadamente 260,000,000 de antenas cada una, y rollos de mucho Hojas más grandes son posibles.