سلول‌های خورشیدی که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند بخش کلیدی تکنولوژی مدرن به شمار می روند اما یک ویژگی بد انها هنوز قابل تحمل نیست. آنها به اندازه کافی پر بازده نیستند- بیشتر نوری که آنها جذب می‌کنند به شکل حرارت تلف می‌‌شود. در نتیجه، بازدهی متوسط یک سلول خورشیدی معمولی بین 11 تا 22 درصد می باشد. حالا یک تجهیز جدید قادر است این میزان را تا حد 80 درصد افزایش دهد.

این طراحی بر مبنای یک آرایه نانوتیوبی تک دیواره  که فوتون های حرارتی ناشی از انتشار مادون قرمز را جذب می‌کند تشکیل شده است.سپس این تجهیز این انرژی را به مانند نور در طول موج های مختلفی منتشر کرده که می تواند به یک باز تولید الکتریسیته منجر شود.

مهندس Junichiro Kono  از دانشگاه رایس می‌گوید ” فوتون های حرارتی فقط فوتون‌هایی هستند که از یک بدنه داغ منتشر می‌شوند”. اگر شما به جسم داغی با یک دوربین مادون قرمز نگاه کنید، آن جسم را به صورت درخشان خواهید دید. در واقع دوربین مادون قرمز این فوتون های تحریک شده حرارتی را صید می‌کنند.

انتشار مادون قرمز بخشی از نور خورشید است که گرما را حمل می‌کند. این عمل برای چشم غیر مجهز قابل رویت نیست، اما بر روی همان طیف الکترومغناطیسی قرار دارد که امواج رادیویی و نوری و اشعه‌های Xقرار دارند. این اشعه حتی بوسیله اجاق گازتان، یا در یک آتش سوزی یا حتی ریختن اشک شما بر روی گونه‌هایتان نیز منتشر می‌‌شود. اساسا هر جسمی که گرما منتشر می کند انتشار مادون قرمز نیز دارد.

مهندس Junichiro Kono  گفت ” مشکل این است که انتشار حرارتی پهن باند است در حالیکه تبدیل نور به الکتریسیته تنها در صورتی موثر است که در باند نازک اتفاق افتد. در واقع چالش ایجاد شده این بود تا بتوانیم فوتون‌های پهن باند را به باندنازک تبدیل کنیم”.

سیستم ارائه شده شامل فیلم‌های نازک با نانوتیوب های کربن چگال می باشد که قبلا  بوسیله Kono و همکارانش در سال 2016 توسعه یافته بود. یکی از خصوصیات  این نانوتیوب‌ها این است که الکترون ها در آنها می‌توانند فقط در یک جهت حرکت کنند. این امر باعث ایجاد اثری به نام پراکنش هایپر بولیک می‌شود که به موجب آن فیلم‌هایی در یک جهت هادی‌های فلزی بوده در حالی که در جهت دیگر به مانند عایق‌هایی عمل می‌کنند.

این بدین معنیست که فوتون‌های حرارتی می تواند از هر طرف و هر مسیری به راحتی وارد شوند اما خروج آنها فقط از طریق یک مسیر امکان پذیر است. این فرآیند فشرده سازی گرما را به نور تبدیل کرده و از این طریق می‌تواند این نور به الکتریسیته تبدیل شود.

در اثبات این تجهیزی که گروه توسعه داده‌اند، فیلم نانوتیوب کربنی قادر است تا 700 درجه سانتیگراد را تحمل کند، اگر چه این مواد قادر به تحمل درجه حرارت‌هایی بالاتر از این تا 1600 درجه سانتیگراد نیز می‌باشند. تیم مهندسی تجهیز را در برابر یک منبع حرارت قرار داده تا باند نازک خروجی را تائید کند. هر کدام از رزوناتورهای فیلم توانستند باند فوتون‌های حرارتی را کاهش داده و نور مورد نیاز را تولید کنند.

گام بعدی در تحقیق این خواهد بود تا این نور را با استفاده از سلول خورشیدی جذب کرده و به الکتریسیته تبدیل کنند تا از افزایش بازدهی سلول اطمینان حاصل کنند. پیش بینی تئوری این است که بتوان در این تجهیز بازدهی را تا 80 درصد افزایش داد.