Recta óptica
Una rectenna óptica es una rectenna ( rectificación de una tenna ) que funciona con luz visible o infrarroja. [1] Una rectenna es un circuito que contiene una antena y un diodo , que convierte las ondas electromagnéticas en electricidad de corriente continua . Si bien las rectennas se han utilizado durante mucho tiempo para ondas de radio o microondas , una rectenna óptica funcionaría de la misma manera pero con luz infrarroja o visible, convirtiéndola en electricidad.
Si bien las rectennas tradicionales (de radio y microondas) son fundamentalmente similares a las rectennas ópticas, en la práctica es mucho más desafiante hacer una rectenna óptica. Un desafío es que la luz tiene una frecuencia tan alta (cientos de terahercios para la luz visible) que solo unos pocos tipos de diodos especializados pueden cambiar lo suficientemente rápido para rectificarla . Otro desafío es que las antenas tienden a tener un tamaño similar a una longitud de onda, por lo que una antena óptica muy pequeña requiere una nanotecnología desafiante.proceso de fabricación. Un tercer desafío es que, al ser muy pequeña, una antena óptica generalmente absorbe muy poca energía y, por lo tanto, tiende a producir un voltaje pequeño en el diodo, lo que conduce a una baja no linealidad del diodo y, por lo tanto, a una baja eficiencia. Debido a estos y otros desafíos, las rectennas ópticas hasta ahora se han restringido a demostraciones de laboratorio, generalmente con luz láser enfocada intensa que produce una cantidad de energía pequeña pero medible.
Sin embargo, se espera que los arreglos de rectennas ópticas eventualmente puedan ser un medio eficiente para convertir la luz solar en energía eléctrica, produciendo energía solar de manera más eficiente que las células solares convencionales . La idea fue propuesta por primera vez por Robert L. Bailey en 1972. [2] A partir de 2012, solo se han construido unos pocos dispositivos de rectenna óptica, lo que demuestra que la conversión de energía es posible. [3] Se desconoce si alguna vez serán tan rentables o eficientes como las células fotovoltaicas convencionales .
El término nantena (nano-antena) a veces se usa para referirse a una rectena óptica o a una antena óptica en sí misma. Actualmente, los Laboratorios Nacionales de Idaho han diseñado una antena óptica para absorber longitudes de onda en el rango de 3 a 15 μm. [4] Estas longitudes de onda corresponden a energías de fotones de 0,4 eV hasta 0,08 eV . Según la teoría de antenas, una antena óptica puede absorber cualquier longitud de onda de luz de manera eficiente siempre que el tamaño de la antena esté optimizado para esa longitud de onda específica. Idealmente, las antenas se utilizarían para absorber la luz en longitudes de onda entre 0,4 y 1,6 μmporque estas longitudes de onda tienen mayor energía que el infrarrojo lejano (longitudes de onda más largas) y constituyen aproximadamente el 85 % del espectro de radiación solar [5] (consulte la Figura 1).
Robert Bailey, junto con James C. Fletcher, recibió una patente ( US 3760257 ) en 1973 para un "convertidor de energía de onda electromagnética". El dispositivo patentado era similar a las rectennas ópticas modernas. La patente analiza el uso de un diodo "del tipo descrito por [ Ali Javan ] en el IEEE Spectrum, octubre de 1971, página 91 ", a saber, un bigote de gato de metal de 100 nm de diámetro a una superficie metálica cubierta con una fina capa de óxido. . Se informó que Javan había rectificado la luz infrarroja de 58 THz. En 1974, T. Gustafson y sus coautores demostraron que este tipo de dispositivos podían rectificar incluso la luz visible a corriente continua [6]Alvin M. Marks recibió una patente en 1984 para un dispositivo que establece explícitamente el uso de antenas submicrónicas para la conversión directa de energía lumínica en energía eléctrica. [7] El dispositivo de Marks mostró mejoras sustanciales en la eficiencia sobre el dispositivo de Bailey. [8] En 1996, Guang H. Lin informó sobre la absorción de luz resonante por una nanoestructura fabricada y la rectificación de la luz con frecuencias en el rango visible. [8] En 2002, ITN Energy Systems, Inc. publicó un informe sobre su trabajo en antenas ópticas acopladas con diodos de alta frecuencia . ITN se propuso construir una matriz de rectenna óptica con eficiencia de un solo dígito. Aunque no tuvieron éxito, se entendieron mejor los problemas asociados con la construcción de una rectena óptica de alta eficiencia.[5]
