Новый солнечный генератор на основе «черного металла» демонстрирует высокую эффективность

Новости МирТесен

Новый солнечный термоэлектрический генератор (СТЭГ) был создан исследователями из Университета Рочестера. В его основе лежит «черный металл», прошедший обработку с использованием фемтосекундных лазерных импульсов. Разработанное устройство демонстрирует эффективность, которая в 15 раз превосходит показатели наиболее передовых существующих решений.

Несмотря на то, что технология все еще находится в стадии разработки, ученые считают, что подобные генераторы способны обеспечивать энергией компактные носимые устройства, а также могут послужить основой для автономных возобновляемых энергосистем в отдаленных и сельских районах. В то же время, для подтверждения коммерческой целесообразности и возможности масштабирования технологии еще предстоит провести дополнительные исследования.

В отличие от обычных фотоэлектрических панелей, которые преобразуют свет в электричество, солнечные теплоэлектрические генераторы (СТЭГ) используют тепловую энергию солнца. Их работа основана на температурном перепаде между «горячей» и «холодной» сторонами, что, благодаря эффекту Зеебека, генерирует электрический ток. Тем не менее, даже самые эффективные существующие СТЭГ преобразуют лишь приблизительно 1% поглощаемой солнечной энергии, в то время как современные бытовые солнечные панели демонстрируют эффективность более 20%.

Профессор оптики и физики Чуньлэй Го, возглавлявший исследование, заявил, что предыдущие усилия по повышению эффективности СТЭГ были направлены на совершенствование полупроводниковых материалов, однако принесли лишь скромные результаты. В связи с этим, группа ученых из Рочестера решила изменить конструкцию «горячей» и «холодной» частей устройства.

На начальном этапе исследователи модифицировали «горячую» поверхность, используя технологию, основанную на «черном металле», которая была ранее разработана в лаборатории Го. Этот слой, изготовленный из вольфрама, демонстрирует высокую эффективность в поглощении солнечного излучения. После этого металлическая поверхность подверглась обработке фемтосекундным лазером, что привело к формированию наноструктур, существенно повышающих поглощение энергии и уменьшающих потери тепла.

Для повышения температуры «горячей» стороны ученые дополнительно нанесли на металл тонкий слой пластика, создающий эффект мини-теплицы и способствующий удержанию тепла.

Применение аналогичной лазерной технологии для создания наноструктур на алюминиевом радиаторе на «холодной» стороне позволило вдвое повысить эффективность рассеивания тепла.

После внесенных изменений новая система передачи энергии продемонстрировала выдающиеся показатели, обеспечивая на 15 раз большую производительность по сравнению с предыдущими моделями. Испытания устройства, питающего светодиоды, прошли успешно.

По мнению Го, коммерческие аналоги этих генераторов позволят снабжать электроэнергией отдаленные населенные пункты с меньшими финансовыми издержками по сравнению с фотоэлектрическими панелями. Кроме того, данная технология пригодна для питания устройств с низким энергопотреблением, например, IoT-датчиков и носимой электроники.

Разработанные решения также можно модифицировать для применения в гибридных системах, сочетающих солнечную энергию и другие источники.

Исследование в журнале Light Science & Applications.