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.
