В 15 раз эффективнее: как черный металл может изменить солнечную энергетику

Он показал эффективность в 15 раз выше, чем предыдущие устройства этого типа. Подробности исследования раскрыли на сайте Рочестерского университета.

В своем исследовании группа продемонстрировала, как их прибор можно использовать для питания светодиодов гораздо эффективнее, чем существующие методы. Авторы утверждают, что эта технология также может быть использована для питания беспроводных датчиков Интернета вещей, носимых устройств или служить автономными системами возобновляемой энергии в сельской местности.

Cолнечные термоэлектрические генераторы (СТЭГ) являются перспективной технологие добычи электричества, в отличие от фотоэлектрических элементов, используемых в настоящее время в большинстве солнечных панелей, они могут использовать не только солнечную энергию, но и все виды тепловой энергии.

СТЭГ имеют горячую и холодную стороны, между которыми находятся полупроводниковые материалы, а разница температур между сторонами генерирует электроэнергию благодаря физическому явлению, известному как эффект Зеебека.

Широкому распространению солнечных термоэлектрических генераторов мешает их низкая эффективность. В настоящее время большинство СТЭГ генераторов преобразуют в электричество менее 1% солнечного света, в то время как бытовые солнечные панели преобразуют этот показатель примерно в 20%.

Теперь же ученые смогли сократить разрыв благодаря новым методам спектральной инженерии и терморегулирования. Если раньше исследователи искали более эффективные полупроводниковые материалы, то эта команда сосредоточились на горячей и холодной сторонах устройства.

"Объединив лучшее поглощение солнечной энергии и удержание тепла на горячей стороне с лучшим рассеиванием тепла на холодной стороне, мы добились поразительного повышения эффективности", — заявил профессор Чуньлэй Го.

На горячей стороне STEG исследователи использовали специальную технологию черного металла, разработанную в лаборатории для преобразования обычного вольфрама в селективно поглощающий свет на солнечных длинах волн. Используя мощные фемтосекундные лазерные импульсы для травления металлических поверхностей наноразмерными структурами, они улучшили поглощение энергии солнечного света материалом, одновременно уменьшив рассеивание тепла на других длинах волн.

После этого ученые покрыли металл куском пластика, чтобы создать мини-теплицу. Он позволил минимизировать конвекцию и теплопроводность, чтобы удерживать больше тепла, повышая температуру на горячей стороне.

На холодной же стороне ученые снова использовали фемтосекундные лазерные импульсы, но на этот раз на обычном алюминии, чтобы создать радиатор с микроструктурами. Рассеивание тепла улучшилось как за счет излучения, так и за счет конвекции, а эффективность охлаждения удвоилась по сравнению с обычным алюминиевым радиатором.