Новый материал втрое увеличит КПД солнечных элементов
Инженеры Калифорнийского университета Сан-Диего разработали тонкий и гибкий светопоглощающий материал, который не дает зданиям и машинам нагреваться летом и способен увеличить производительность солнечных элементов в 3 раза.
Защитный материал абсорбирует более 87% света ближнего инфракрасного диапазона (от 1200 до 2200 нм), а на 1550 нм - длина волн волоконно-оптической связи - поглощение составляет 98%. Он способен поглощать свет, падающий под любым углом и, теоретически, его можно настроить таким образом, чтобы он пропускал определенные длины волн, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Идеальные поглотители света уже существуют, но они громоздкие и хрупкие, кроме того, их невозможно настроить на разные длины волн. Новый материал на окнах мог бы, к примеру, не пропускать ИК-излучение в комнату, но не препятствовать обычному свету и радиоволнам.
Поглотитель создан на основе оптического феномена поверхностного плазмонного резонанса, коллективного движения свободных электронов, которое происходит на поверхности металлических наночастиц при взаимодействии с определенными длинами волн света. Металлические наночастицы могут переносить много свободных электронов, поэтому проявляют сильный поверхностный плазмонный резонанс, но по большей части в видимом свете, не в инфракрасном.
Учные из Сан-Диего посчитали, что если смогут изменить число носителей свободных электронов, то смогут настроить поверхностный плазмонный резонанс на другие длины волн. «Если уменьшить их число, то мы сдвинем плазмонный резонанс к ИК. Если увеличить - к ультрафиолетовому региону», - говорит один из руководителей исследования, профессор Дональд Сирбьюли.
Однако, к металлам этот подход применить непросто, поэтому инженеры создали поглотитель из материалов, которые можно модифицировать так, чтобы они переносили различное число свободных электронов - из полупроводников. А именно - из оксида цинка, у которого средний уровень свободных электронов. И соединили его со сплавом алюминия и оксида цинка, который содержит высокое число свободных электронов - не так много, как в металле, но достаточно, чтобы приобрести плазмонные свойства в инфракрасном спектре, пишет Phys.org.
Затем слой этого материала был нанесен на кремниевую подложку в виде нанотрубок высотой 1730 нм и диаметром от 650 до 770 нм, после чего нанотрубки перенесли с кремния на тонкий эластичный полимер. В результате получилась гибкая и прозрачная пленка, которая может покрывать большие площади, например, окна. «Обычно наноматериалы не производятся крупнее пары сантиметров, так что это большой шаг вперед», - заявил профессор Сирбьюли.
Создавать умные окна и инфракрасное камуфляжное покрытие может позволить открытие новых свойств оптического материала с фазовым переходом - никелата самария. С его помощью исследователи смогли динамически управлять светом в более широком волновом диапазоне и с большей амплитудой модуляции, чем когда-либо прежде.