18.04.2018
Это изображение стеклянных шариков с разными диаметрами (они обозначаются разными цветами) в нанорезонаторе. Каждый такой шарик действует, как оптический резонатор волн солнечного света разной длины
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST), США, разработали уникальное наноскопическое покрытие для солнечных элементов. Благодаря ему солнечные модули смогут поглощать на 20 % больше солнечного света, чем аналогичные устройства без данного покрытия.
Новое покрытие создается с помощью доступной технологии, которая может быть запущена в производство уже сейчас. И именно она позволяет человечеству производить недорогие, высокоэффективные солнечные элементы из возобновляемых и экологически чистых материалов.
Новое покрытие состоит из многих тысяч крошечных стеклянных бусинок. Размер каждой бусинки - всего одна сотая ширины человеческого волоса. Когда солнечный свет проникает в покрытие, световые волны перемещаются вокруг нанометрового шарика, подобно тому, как звуковые волны перемещаются вокруг изогнутой стены, например, как в куполе собора Святого Павла в Лондоне. В подобных криволинейных строениях, известных как «акустические шепчущие галереи», человек, стоящий около одной части стены, легко слышит даже очень слабый звук, исходящий из любой другой части стены.
«Шепчущие галереи» для солнечного света были разработаны примерно десять лет назад, но их использование в покрытиях солнечных батарей специалисты изучили совсем недавно. В экспериментальной установке, разработанной командой, включающей ученых Университета штата Мэриленд, свет, захваченный нанорезонаторным покрытием, в конце концов, просачивается и поглощается основным солнечным элементом, изготовленным из арсенида галлия.
Используя лазер в качестве источника света для возбуждения отдельных нанорезонаторов в покрытии, команда обнаружила, что солнечные элементы с покрытием поглощали в среднем на 20 % больше видимого света. Измерения также показали, что модули с покрытием увеличивали производство электроэнергии в среднем на 20 %.
Данное исследование является первым, демонстрирующим эффективность покрытий с использованием точных наноразмерных измерений. Хотя расчеты ученых предполагали, что покрытия повысят производительность солнечных элементов, они не смогли этого доказать, пока мы не разработали тестовую версию.
Команда специалистов также разработала быстрый, менее дорогостоящий метод нанесения нанорезонатора. Ранее исследователи покрывали полупроводниковый материал, погружая его в ванну с раствором нанорезонатора. Данный метод погружения требует времени и тщательности, при этом он покрывает обе стороны полупроводника, хотя в обработке нуждается только одна сторона.
В новом способе, который предложили ученые, капли раствора нанорезонатора расположены только на одной стороне солнечного элемента. Проволочный металлический стержень проталкивается через ячейку, расширяя раствор и формируя покрытие из плотно упакованных нанорезонаторов.
Это первый случай, когда исследователи применили метод стержня, используемый более ста лет для покрытия материалов в заводских условиях, к современному солнечному элементу арсенида галлия. Метод получился недорогим, к тому же он идеально совместим с массовым производством.