Однако солнечные элементы не преобразуют весь свет в энергию в равной степени, что послужило вдохновением для совместных усилий отраслевых и научных кругов по разработке решения, которое может изменить правила игры.«Современные солнечные элементы не способны преобразовывать видимый свет в электрическую энергию.
Наилучшая эффективность составляет всего около 20%», — объясняет Такаши Асано из Киотского университета, который использует оптические технологии для улучшения производства энергии.Более высокие температуры излучают свет с более короткими длинами волн, поэтому пламя газовой горелки будет переходить от красного к синему по мере увеличения тепла.
Более высокая температура дает больше энергии, что делает короткие волны важной целью при разработке солнечных элементов.«Проблема, — продолжает Асано, — в том, что тепло рассеивает свет всех длин волн, но солнечный элемент будет работать только в узком диапазоне.«Чтобы решить эту проблему, мы создали новый наноразмерный полупроводник, который сужает полосу пропускания длин волн для концентрации энергии».
Ранее Асано и его коллеги из лаборатории Сусуму Нода придерживались другого подхода. «Наше первое устройство работало на высоких длинах волн, но для того, чтобы сузить выход для видимого света, потребовалась новая стратегия, поэтому мы перешли на собственный кремний в этом текущем сотрудничестве с Osaka Gas», — говорит Асано.Для излучения видимых длин волн требовалась температура 1000 ° C, но обычно кремний имеет температуру плавления более 1400 ° C. Ученые протравили кремниевые пластины, чтобы получить большое количество одинаковых и равноудаленных стержней, высота, радиусы и расстояние между которыми были оптимизированы для целевой полосы пропускания.По словам Асано, «цилиндры определяют коэффициент излучения», описывая длины волн, излучаемых нагретым устройством.
Используя этот материал, команда показала в Science Advances, что их наноразмерный полупроводник повышает коэффициент преобразования энергии солнечных элементов как минимум до 40%.«Наша технология имеет два важных преимущества», — добавляет заведующий лабораторией Нода. «Во-первых, это энергоэффективность: мы можем преобразовывать тепло в электричество гораздо эффективнее, чем раньше. Во-вторых, это дизайн.
Теперь мы можем создавать гораздо более компактные и надежные преобразователи, которые будут полезны в широком спектре приложений».