Ученые из Калифорнийского университета в Беркли разработали двигатель, применение которого на беспилотных летательных аппаратах обеспечит им возможность длительного полета, вплоть до нескольких дней, без необходимости подзарядки.
За прошедшие 15 лет коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием термовольтаики достиг отметки в 23 процента и с тех пор не увеличивался. Однако благодаря новым физическим открытиям ученым удалось повысить этот показатель до 29 процентов. С использованием усовершенствованной конструкции исследователи рассчитывают в скором времени достичь эффективности в 50 процентов, применяя передовые научные подходы.
Термофотовольтаика представляет собой процесс получения электроэнергии из тепла, содержащегося в солнечном свете. Это ультралегкий и перспективный источник энергии, обеспечивающий возможность непрерывной работы дронов в течение нескольких дней. Кроме того, он может быть применен для питания космических аппаратов на протяжении столетий и, в перспективе, для энергоснабжения жилых домов. При этом для реализации этой технологии потребуется генератор, сопоставимый по размеру с конвертом.
Новое открытие опирается на исследование, представленное в 2011 году, которое продемонстрировало, что повышение эффективности солнечных элементов связано не с увеличением поглощения фотонов (света), а с их излучением. Ранее ученые добились повышения эффективности генератора, разместив зеркало на обратной стороне фотовольтаической ячейки. В рамках новой работы им удалось еще больше увеличить этот показатель благодаря применению инновационного материала.
Ученые утверждают, что зеркало формирует плотный инфракрасный люминесцентный фотонный газ внутри солнечного элемента. Благодаря этому процессу генерируется дополнительный ток и увеличивается мощность устройства. По сути, это позволяет решить одну из ключевых проблем термофотоэлектроники: использование тепловых фотонов, которые обладают недостаточной энергией для выработки электричества. Зеркало способно отражать эти низкоэнергетические частицы, чтобы нагреть тепловой источник, предоставляя возможность создания фотона с высокой энергией и последующей генерацией электричества. Данное явление приводит к существенному повышению эффективности устройства.