Ученые создали самый тонкий светопоглотитель
Наноразмерная структура, которая в тысячи раз тоньше, чем обычный листок бумаги, способна снизить стоимость и повысить эффективность солнечных батарей, говорят ученые. Результаты исследования опубликованы в последнем выпуске онлайн журнала Nano Letters.
«Достижение полного поглощения видимого света при использовании минимального количества материала очень важно для многих областей мира технологий, особенно это касается сферы преобразования солнечной энергии в электричество, - уверена Стейси Бент, преподаватель химической инженерии в Стэнфорде и член исследовательской группы. – Наши результаты показывают, что чрезвычайно тонкий слой материала может поглотить почти 100 процентов падающего света определенной длины волны».
Если делать солнечные батареи тоньше, на их производство будет требоваться меньшее количество материала, что позволит снизить их стоимость. Проблема исследователей в том, чтобы уменьшить толщину панели, не ставя под угрозу ее способность поглощать и преобразовывать солнечный свет в экологически чистую энергию.
Для исследования команда Стэнфорда создала тонкие пластины, на которые нанесены триллионы круглых золотых частиц. Каждая золотая наноточка имеет размер около 14 миллимикронов в высоту и 17 миллимикронов в ширину.
Видимый спектр
Идеальная солнечная батарея смогла бы поглотить весь спектр видимого света от фиолетовых световых волн 400 миллимикронов длиной до красных волн 700 миллимикронов, а также невидимый ультрафиолетовый и инфракрасный свет. В ходе эксперимента ученый Карл Хэггланд и его коллеги смогли добиться поглощения 99 процентов красно-оранжевого света с длиной волны около 600 нанометров, сообщает phys.org.
Золотые наноточки изготавливались с использованием техники блок-сополимерной литографии. На каждой пластинке размещались около 520 миллиардов наноточек на квадратный дюйм (2,54 сантиметра квадратных). Под микроскопом структура напоминает соты.
«Сота» рекордно тонкого светопоглотителя; видны три золотые наноточки. Фото с сайта stanford.edu
Команда Хэггланда наносила тонкопленочное покрытие на пластины, используя процесс атомно-солевого осаждения. «Это очень привлекательная для нас техника, потому что можно покрыть частицы однородно и управлять толщиной пластинки на атомном уровне, - говорит Хэггланд. - Это позволило нам настраивать систему, просто изменяя толщину покрытия вокруг точек. Когда раньше строились подобные структуры, оптимальные условия для поглощения света не настраивались. Это один из новых аспектов в нашей работе».
Основная цель
Конечная цель, по словам Стейси Бент, – разработать усовершенствованные солнечные батареи и солнечные обогреватели с максимальным поглощением солнечного света при использовании минимального количества материала.
«Основное преимущество будет состоять в уменьшении необходимого количества материала для построения устройства», – сказала она. Но также ученые ожидают и повышения производительности – после того, как батареи соберут энергию, они будут производить электрический ток или стимулировать химические реакции.
Ученые также раздумывают над тем, чтобы производить наноточки из менее дорогих металлов.
«Мы выбрали золото, потому что оно наиболее химически устойчивое для нашего эксперимента, - сказал Хэггланд. – Хотя стоимость золота была фактически незначительной, серебро дешевле и лучше с оптической точки зрения, если вы хотите сделать хорошую солнечную батарею. Наше же устройство предполагает, в первую очередь, сокращение размеров».
Исследователи уже давно работают над сокращением толщины фотоэлемента в солнечной батарее, но до недавнего времени это считалось невозможным из-за того, что панель начинала просто пропускать солнечный свет из-за своей тонкости. Но теперь команда Хэггланда в шаге от успеха.
Комментарии читателей Оставить комментарий