Сонячні панелі можна викинути: золоті кульки вловлюють 90% сонячного спектра

Група дослідників із Вищої школи конвергентних наук і технологій KU-KIST у Сеулі повідомила про спосіб поглинання майже всього корисного сонячного спектра в теплових пристроях із використанням золотих наносфер, що збираються самі, які називали плазмонними колоїдними супрашами, пише newatlas.com.

Сонячне випромінювання охоплює ультрафіолетовий (3-5%), видимий (40-45%) та інфрачервоний (50-55%) діапазони довжин хвиль. Фотоелектричні (ФЕ) елементи здебільшого перетворюють видиме світло і частину ближнього інфрачервоного спектра на електрику, залишаючи більшу частину енергії, що залишилася, невикористаною. Концентровані сонячні системи збирають ширший діапазон довжин хвиль за допомогою дзеркал, але вимагають великомасштабної інфраструктури і, як і раніше, залежать від матеріалів приймача, які не мають ідеального поглинання. Сонячно-теплові колектори відносно добре поглинають видиме та інфрачервоне світло, проте їхня ефективність обмежена поверхневими покриттями, які рідко забезпечують майже повне поглинання.

Що вміють плазмонні супрашари

Саме тут на допомогу приходять плазмонні супрашари. Нова технологія починається з колоїдної суспензії наночастинок золота, які самоорганізуються в мікромасштабні сфери в розчині. Тисячі наночастинок об'єднуються, утворюючи "супрашарики", а потім рідину наносять крапельним методом на керамічну поверхню термоелектричного генератора, утворюючи щільну текстуровану плівку, що ефективно вловлює сонячне світло.

Уже існують традиційні плівки із золотих наночастинок і діелектричні абсорбуючі покриття, здатні збільшити поглинання світла в певних діапазонах довжин хвиль і зменшити перевипромінювання тепла. Однак вони часто страждають від обмеженого поглинання інфрачервоного випромінювання, кутової чутливості, високих виробничих витрат і термічної деградації при тривалому впливі тепла.

Плазмонні супрашарики працюють інакше. Локалізовані поверхневі плазмонні резонанси (LSPR) на поверхнях наночастинок у поєднанні з резонансами типу Мі всередині сфер захоплюють фотони в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах довжин хвиль, перетворюючи більшу частину цієї енергії на тепло. Це призводить до поглинання ~90% сонячного спектра, значно покращуючи захоплення теплової енергії та створюючи сильніший температурний градієнт, який в кінцевому підсумку генерує майже в 2,4 раза більшу потужність, ніж традиційні покриття з наночастинок.

Важливо відзначити, що плазмонна технологія супрашариків насамперед призначена для сонячних систем, що працюють на основі теплових процесів, таких як термоелектричні сонячні генератори (ТЕГ), сонячно-теплові колектори, а також системи управління тепловим режимом і пасивного опалення. Вони також можуть відігравати роль у гібридних фотоелектричних теплових (ФЕТ) системах, де видиме світло перетворюється на електрику фотоелектричними елементами, а довжини хвиль, що залишилися, використовуються як тепло.

"Наші плазмонні супрашарики пропонують простий спосіб використання всього сонячного спектра", — кажуть учені. "Зрештою, ця технологія нанесення покриття може значно знизити бар'єр для високоефективних сонячно-теплових і фототермічних систем у реальних енергетичних додатках".

Крім продуктивності, ще однією важливою перевагою технології є її практичність. Супрашарики вимагають простого виготовлення і нанесення за допомогою рідинної обробки. Крім того, технологія сумісна з наявними комерційно доступними пристроями.

Раніше ми писали, що вчені винайшли найкращі у світі натрій-іонні батареї. Дослідники з Університету Суррея в Англії знайшли спосіб майже подвоїти ємність зберігання енергії в натрій-іонній батареї.