Инженеры из Массачусетского технологического института создали солнечную батарею, которая может превращать тепло в свет, повышая свою энергоэффективность. Этим удалось преодолеть теоретически предсказанный предел, ограничивающий работоспособность фотоэлементов. Исследование опубликовано в журнале Nature Energy.
В 1961 году физики Уильям Шокли и Ганс Квиссер доказали, что существует абсолютный теоретический предел эффективности солнечных батарей, состоящих из однослойных кремниевых фотоэлементов, по переработке света в электричество, который составляет 32 процента. Однако в последнее время ученые рассматривают различные возможности преодоления этого предела. В новой работе инженеры предложили использовать для этой цели солнечную термофотовольтаику.
Смысл термофотовольтаики заключается в соединении обычных фотоэлементов с высокотехнологичными материалами. Вместо того чтобы рассеивать непригодную солнечную энергию в виде тепла, промежуточный компонент поглощает всю доступную энергию, пока не нагреется до температуры, достаточной для того, чтобы испускать излучение. Подбирая различные материалы, можно добиться, чтобы устройство испускало только такие электромагнитные волны, которые доступны для захвата солнечными батареями.
В устройстве использованы нанофотонные кристаллы, которые при нагревании способны излучать только определенные длины волн света. В данном случае кристаллы объединены с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками и способны работать при температуре в тысячу градусов Цельсия. Нанотрубки являются идеальным поглотителем всего доступного солнечного излучения, превращая его в тепло, а кристаллы конвертируют тепло в свет.
В системе можно использовать линзы или зеркала, фокусирующие солнечный свет для поддержания высокой температуры. Специальный оптический фильтр пропускает все допустимые длины волн света к фотоэлементам и отражает любое нежелательное излучение. Отраженные волны затем повторно поглощаются, поддерживая температуру фотонного кристалла.
Команда исследователей проводила испытания работоспособности фотоэлектрического элемента с компонентами термофотовольтаики под прямыми солнечными лучами, а также в присутствии рассеянного света. Полученные результаты соответствовали предсказанным.