Солнечные панели можно выбросить: золотые шарики улавливают 90% солнечного спектра

Группа исследователей из Высшей школы конвергентных наук и технологий KU-KIST в Сеуле сообщила о способе поглощения почти всего полезного солнечного спектра в тепловых устройствах с использованием самособирающихся золотых наносфер, которые называли плазмонными коллоидными супрашами, пишет newatlas.com.

Солнечное излучение охватывает ультрафиолетовый (3-5%), видимый (40-45%) и инфракрасный (50-55%) диапазоны длин волн. Фотоэлектрические (ФЭ) элементы в основном преобразуют видимый свет и часть ближнего инфракрасного спектра в электричество, оставляя большую часть оставшейся энергии неиспользованной. Концентрированные солнечные системы собирают более широкий диапазон длин волн с помощью зеркал, но требуют крупномасштабной инфраструктуры и по-прежнему зависят от материалов приемника, которые не обладают идеальным поглощением. Солнечно-тепловые коллекторы относительно хорошо поглощают видимый и инфракрасный свет, однако их эффективность ограничена поверхностными покрытиями, которые редко обеспечивают почти полное поглощение.

Что умеют плазмонные супрашары

Именно здесь на помощь приходят плазмонные супрашары. Новая технология начинается с коллоидной суспензии наночастиц золота, которые самоорганизуются в микромасштабные сферы в растворе. Тысячи наночастиц объединяются, образуя "супрашарики", а затем жидкость наносится капельным методом на керамическую поверхность термоэлектрического генератора, образуя плотную текстурированную пленку, которая эффективно улавливает солнечный свет.

Уже существуют традиционные пленки из золотых наночастиц и диэлектрические абсорбирующие покрытия, способные увеличить поглощение света в определенных диапазонах длин волн и уменьшить переизлучение тепла. Однако они часто страдают от ограниченного поглощения инфракрасного излучения, угловой чувствительности, высоких производственных затрат и термической деградации при длительном воздействии тепла.

Плазмонные супрашарики работают иначе. Локализованные поверхностные плазмонные резонансы (LSPR) на поверхностях наночастиц в сочетании с резонансами типа Ми внутри сфер захватывают фотоны в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн, преобразуя большую часть этой энергии в тепло. Это приводит к поглощению ~90% солнечного спектра, значительно улучшая захват тепловой энергии и создавая более сильный температурный градиент, который в конечном итоге генерирует почти в 2,4 раза большую мощность, чем традиционные покрытия из наночастиц.

Важно отметить, что плазмонная технология супрашариков в первую очередь предназначена для солнечных систем, работающих на основе тепловых процессов, таких как термоэлектрические солнечные генераторы (ТЭГ), солнечно-тепловые коллекторы, а также системы управления тепловым режимом и пассивного отопления. Они также могут играть роль в гибридных фотоэлектрических тепловых (ФЭТ) системах, где видимый свет преобразуется в электричество фотоэлектрическими элементами, а оставшиеся длины волн используются в качестве тепла.

"Наши плазмонные супрашарики предлагают простой способ использования всего солнечного спектра", — говорят ученые. "В конечном итоге, эта технология нанесения покрытия может значительно снизить барьер для высокоэффективных солнечно-тепловых и фототермических систем в реальных энергетических приложениях".

Помимо производительности, еще одним важным преимуществом технологии является ее практичность. Супрашарики требуют простого изготовления и нанесения с помощью жидкостной обработки. Кроме того, технология совместима с существующими коммерчески доступными устройствами.

Ранее мы писали, что ученые изобрели лучшие в мире натрий-ионные батареи. Исследователи из Университета Суррея в Англии нашли способ почти удвоить емкость хранения энергии в натрий-ионной батарее.