Типичные солнечные батареи поглощают солнечный свет напрямую, преобразуя его в электрическую энергию. Однако кремниевые полупроводники могут работать только с инфракрасными волнами. Более высокоэнергетичные фотоны видимого спектра тратятся понапрасну, уходя на нагрев солнечных элементов. Термофотоэлектрические устройства позволяют преодолеть это препятствие с помощью материала-посредника, переводящего высокочастотное излучение в приемлемый для солнечных батарей ИК-диапазон. Этот прием повышает теоретическую эффективность солнечных элементов до 80%.
Новый жаропрочный термоизлучатель, созданный в Стэнфордском университете, сможет позволить значительно повысить эффективность солнечных элементов. Этот компонент предназначен для преобразования солнечного тепла в инфракрасное излучение, которое способны поглощать солнечные батареи с выделением электроэнергии. Прежние прототипы таких термоизлучателей разрушались уже при температуре 1200°С, новый материал превосходит их по стойкости по меньшей мере на 200°.
До сих пор термофотоэлектрические системы достигали уровня эффективности не более 8%, в основном, из-за проблем с материалом-посредником. Обычно в этом качестве использовался композит вольфрама. Его сложная трехмерная структура разрушалась при температурах около 1000°С.
Для того, чтобы улучшить жаропрочность термоизлучателя, исследователи покрыли вольфрамовый эмиттер нанослоем керамики — двуокиси гафния. Тестирование продемонстрировало впечатляющие результаты такой модификации: при температуре 1000°С такой излучатель сохранял целостность 3D-структуры и способность генерирования ИК-волн на протяжении более 12 часов, а нагретый до 1400°С — не менее часа.
Результаты работы ученых Стэнфорда, в сотрудничестве с коллегами из университетов Северной Каролины и Урбана-Шампань (штат Иллинойс), опубликованы 16 октября в Nature Communications. Итоги этого исследования, по мнению его авторов, повысят интерес к дальнейшему изучению возможностей применения в термофотоэлектрических устройствах керамики и других классов материалов.
|
|
