MIT заставит эффективнее работать солнечных феечек

        Создать солнечные батареи, которые прекрасно одинаково преобразовывают тепло и свет в энергию пока не удалось. Увы, зачастую эффективность не превышает 1%. Предел эффективности солнечных батарей, возможно, вскоре удастся преодолеть благодаря разработкам исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), которые придумали новый способ использования солнечного излучения для получения электричества. Солнечным феечкам придётся работать намного больше...

       Не стандартный подход, который предложили исследователи MIT, использует возможности специального материала, который после контакта с солнечными лучами нагревается и превращается в достаточно эффективный источник инфракрасного излучения. Фотогальванический элемент  выполняет функции регистратора этого «теплового» излучения. Исследователи утверждают, разработанная ими технология не только повышает эффективность солнечных батарей, но и может упростить задачу накопления энергии для дальнейшего применения.

          Технологию детально описали в статье, опубликованной в научном журнале Nature Nanotechnology. Написали её аспирант Андреем Ленертом, доцент машиностроения Эвелин Вонг, профессор физики Марин Солячич, главный научный сотрудник Иваном Селановичем и тремя другими исследователями.

     Обычные кремниевые солнечные элементы способны превращать в электричество энергию далеко не всех фотонов, а только тех, чья энергия соответствует ширине запрещённой зоны фотоэлектрического материала. Ширина этой зоны для кремниевых солнечных элементов соответствует излучению с разными длинами волн. Есть и диапазон, который к досаде выпадает из зоны досягаемости фотоэлектрических элементов из кремния.

       Теперь учёные решили данное ограничение победить. Команда исследователей разработала промежуточное звено между фотоэлементом и солнечным светом – двухслойный поглотитель-излучатель, исполненный из таких материалов как углеродные нанотрубки и фотонные кристаллы. Промежуточный материал собирает энергию солнечного света широкого спектра и, нагреваясь (преобразовывая солнечную энергию в тепло), излучает свет определённой длины волны, который в данном случае соответствует ширине запрещённой зоны фотогальванического элемента, расположенного рядом.

        В лабораторных условиях исследователи выяснили, что поглотитель-излучатель двухслойного типа работает максимально эффективно, если собирает энергию в широком диапазоне симулированного солнечного излучения, сконцентрированного в 750 раз, при самонагреве до температуры в 962 градуса Цельсия.

       Идея напрямую превращать тепло в электроэнергию при помощи солнечных термофотоэлектрических преобразователей (TPV) далеко не нова. Многие учёные в один голос говорят, что именно эта концепция позволит обойти теоретический предел КПД для фотоэлектрических преобразователей с одноступенчатым переходом, предел Шокли-Квейссера, в 33,7%. Исследователи считают, что КПД системы с TPV-преобразователями может быть выше 80%. Согласитесь, впечатляет.

                На данном этапе зарегистрировать удалось  эффективность на уровне 3,2%, но КПД подобных устройств, создаваемых другими исследователями до этого, ранее не превышал 1%. В самое ближайшее время исследователи MIT намерены получить 20% результат. Уже этого будет достаточно для того, чтобы разработка имела оглушительный коммерческий успех.