Дослідники з Массачусетського технологічного інституту повідомили про розробку нового матеріалу, який слугує для перетворення енергії падаючих на нього сонячних променів в тепло і, надалі, в електричну енергію. Але не це найголовніше, ефективність перетворення нового матеріалу практично впритул наблизилося до теоретичної межі ефективності, якою володіє якийсь гіпотетичний ідеальний матеріал.
Новий матеріал поглинає світло практично всіх довжин хвиль, який випромінюється Сонцем і досягає поверхні Землі. Але дослідникам довелося штучно пожертвувати довгохвильовим інфрачервоним діапазоном, незважаючи на те, що в цьому діапазоні переноситься істотна кількість енергії, в зворотному випадку матеріал поглинача при нагріванні до певної температури сам став би втрачати велику кількість енергії, випромінюючи її в навколишнє середовище у вигляді довгохвильового інфрачервоного випромінювання.
Читайте також: Матеріал, що вбирає кисень допоможе дихати під водою
Матеріал, по суті, є свого роду двомірним металево-діелектричним фотонним кристалом, здатним ефективно абсорбувати сонячне світло, що падає на поверхню під різними кутами. Всі фотонні ефекти на поверхні матеріалу реалізуються за допомогою так званих оптичних нанополів, які виступають в ролі ефективних пасток фотонів. Міняючи габаритні розміри цих пасток і порядок їх розташування, можна звужувати і розширювати діапазон довжин хвиль світла, що поглинається або зміщувати весь діапазон повністю в яку-небудь сторону. Матеріал витримує тривалий вплив високих температур, а його виробництво може бути без проблем розгорнуто в промислових (рулонних) масштабах.
Матеріал призначений для використання в сонячних фототермоелектричних перетворювачах (solar-thermophotovoltaic, STPV) в яких енергія сонячного світла спочатку перетворюється в тепло, а лише потім – в електричну енергію. Максимальна ефективність таких STPV-перетворювачів досягається за допомогою концентрації відбитого від безлічі дзеркал сонячного світла. При цьому, температура матеріалу-поглинача може підніматися дуже і дуже високо, але, використання в складі матеріалу металів з високою температурою плавлення дозволяє йому витримувати без втрати своїх властивостей і деградації структури вплив температури в 1000 градусів за шкалою Цельсія безперервно протягом 24 годин.
Смуга ефективного поглинання світла
Дослідні зразки світлопоглинаючого матеріалу були виготовлені зі сплаву, що містить значну кількість рутенію, досить дорогого металу. Але, «розроблена нами технологія досить гнучка по відношенню до використовуваних матеріалів» – розповідає Джеффрі Чоу (Jeffrey Chou), один з дослідників, – «В теорії ми можемо використовувати практично будь-який метал, здатний витримати вплив такої високої температури, наприклад, вольфрам або нікель».
Як вже згадувалося вище, новий матеріал без проблем може вироблятися за допомогою існуючих технологій. «Наш матеріал практично є першим подібним матеріалом, який може виготовлятися за допомогою технологій масового виробництва» – розповідає Чоу, – «Його можна виробляти рулонними нормами, як виробляють,наприклад, зараз рулони гнучких кремнієвих сонячних батарей. Нам вдалося виготовити стрічку такого матеріалу, шириною в 30 сантиметрів, в той час, як в попередніх спробах максимальна ширина виготовленої стрічки не перевищувала декількох сантиметрів».
Читайте також: Новий матеріал дозволить роботам змінювати стан з пластичного на жорстке
Зараз вчені працюють в напрямку застосування сплаву з дешевших альтернативних металів для створення світлопоглинаючого матеріалу. І за їхніми прогнозами, комерційний продукт на основі такого матеріалу може з’явитися протягом найближчих трьох-п’яти років.
Натхнення: dailytechinfo.org