Учёные нашли способ значительно увеличить эффективность солнечных установок, создав покрытие, которое способно захватывать до 90 % энергии солнечного спектра, что намного больше, чем современные технологии.
Почему это важно
Солнечное излучение содержит огромную энергию: каждую секунду на поверхность Земли поступает порядка 89 000 тераватт. Однако существующие методы её преобразования используют лишь часть этого потенциала.
Фотоэлектрические (PV) элементы эффективно работают в видимом диапазоне и частично в ближнем инфракрасном, но большая доля энергии остаётся неиспользованной. Системы концентрированной солнечной энергии берут более широкий спектр, но требуют сложной инфраструктуры и всё ещё не обеспечивают идеального захвата света. Солнечные термические коллекторы неплохо поглощают видимый и инфракрасный свет, но ограничены свойствами поверхностных покрытий.
Что такое "супраболлы"
Исследователи из KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology в Сеуле разработали новый материал - плазмонные коллоидные супраболлы. Это микроскопические сферические структуры, которые самостоятельно собираются из золотых наночастиц в растворе.
Процесс изготовления довольно прост: наночастицы золота образуют компактные сферические агрегаты, которые затем наносятся в виде плотной текстурированной плёнки на керамическую поверхность термоэлектрического генератора.
Как они работают
Эти супраболлы работают по принципу локализованных поверхностных плазмонов в сочетании с резонансами миге, что позволяет захватывать фотоны в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах практически всего солнечного спектра.
В обычных покрытиях из одиночных золотых наночастиц свет поглощается лишь в узкой части спектра. Но когда частицы агрегируются в супраболлы, они усиливают взаимодействие с широким диапазоном длин волн, превращая свет в тепло очень эффективно.
Результаты экспериментов
Испытания с LED-солнечным симулятором показали, что термоэлектрический генератор, покрытый супрабаллами, поглощает около 89 % падающего солнечного света, тогда как обычное покрытие из отдельных наночастиц достигает только около 45 %.
Более того, это улучшенное поглощение позволило увеличить выход электрической энергии примерно в 2,4 раза по сравнению с традиционными покрытиями.
Где это можно применить
Технология нацелена прежде всего на солнечные термоэлектрические генераторы, солнечные тепловые коллекторы, системы пассивного обогрева и гибридные установки, где часть спектра преобразуется в электричество, а остальное в тепло.
Учёные считают, что такое покрытие может существенно снизить порог входа для высокоэффективных солнечных систем в реальных приложениях.
Источник: New Atlas