Учёные представили инновационную нанотехнологию, которая существенно увеличивает эффективность солнечных элементов. Благодаря этому технологии солнечные элементы способны захватывать инфракрасный свет и преобразовывать его в энергию. Солнечные батареи с этой технологией могут быть эффективнее на 20-25%.
Инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза, образует более чем половину всей солнечной радиации на планете. На поверхности Земля солнечный свет состоит приблизительно из 52% инфракрасного излучения, 42% видимого и 4% ультрафиолетового.
Инфракрасный свет — это электромагнитное излучение с длиной волны, превышающей 700 нанометров. Современные солнечные батареи пока не могут эффективно преобразовывать его в энергию.
Исследователи из Королевского технологического института KTH продемонстрировали нанотехнологии, которые могут повысить эффективность солнечных элементов. Создана новая пленка, позволяющая обычным солнечным элементам захватывать инфракрасный свет и преобразовывать его в энергию.
Наночастицы предлагают решение проблемы
За последнее десятилетие солнечная энергия стала самым популярным видом возобновляемой энергии. Современные солнечные элементы применяют светочувствительные материалы, например минерал перовскит, для преобразования света в энергию. Эти материалы, однако, не могут должным образом реагировать на инфракрасное излучение.
В работе изучен класс оптических наноматериалов — нанокромок с обратным преобразованием (UCNPs), обогащённых ионами лантаноидов.
Эти наночастицы способны изменять спектр энергии в инфракрасном диапазоне, получая коротковолновый инфракрасный свет и видимый свет.
Новые успехи в области нанохимии повышают конверсию и позволяют создавать высококачественные UCNP с высокой квантовой эффективностью люминесценции. Однако эти наночастицы обладают высоким порогом интенсивности возбуждения, из-за чего большая часть светопреобразующей способности теряется при их применении в солнечных элементах.
Исследовательская группа нашла решение этой проблемы, использовав матрицы микролинз на основе полимеров для пространственной модуляции света возбуждения.
Такой подход помог преобразовать слабое инфракрасное излучение в видимый свет на длинах волн, пригодных для преобразования солнечными панелями.
Ученые выяснили, что часть матрицы из полимерных микролинз способна фокусировать свет возбуждения в разы сильнее (в зависимости от его оптических и конструктивных характеристик), что увеличивает свечение при увеличении частоты.
Микролинзы просто интегрируются в разнообразное фотонное оборудование с обогащенными UCNP компонентами, например, красильными солнечными элементами.
Учёным удалось увеличить эффективность солнечных элементов на 10% без доработки технологии. В скором времени можно ожидать дальнейшего улучшения показателей. Разработчики рассчитывают достичь на 20-25% большей эффективности, чем у существующих солнечных элементов.
Данный метод можно комбинировать с другими способами (например, фотонным или химическим) увеличения яркости света при его увеличении в частоте.