|
Ученые, работающие в Стэнфордском НИИ материалов и энергетики сделали устройство для преобразования солнечного света в тепло и электричество примерно в 100 раз более эффективным, чем предыдущее.
"Это важный шаг на пути создания практических устройств на основе нашей техники для освоения как свет и тепло энергии, вырабатываемой солнцем", говорит Николас Мелош, адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии в Стэнфорде. Новое устройство основано на концентрации фотонной термоэлектронной эмиссии (ПИТ), этот процесс был впервые продемонстрирован в 2010 году группой под руководством Мелош.
В докладе на прошлой неделе в Nature Communication, команда рассказала, как она повысила эффективность устройства от нескольких сотых долей процента до почти 2 процентов, и уверено утверждает, что она рассчитывает получить еще как минимум 10-кратный выигрыш в будущем.
Обычные фотоэлектрические элементы используют только часть солнечного спектра для выработки электроэнергии. Но ПИТ использует специальный полупроводниковый чип для выработки электроэнергии с использованием всего спектра солнечного света, в том числе длин волн, которые генерируют тепло. На самом деле, эффективность термоэлектронной эмиссии резко улучшается при высоких температурах, так что добавление утилиты ПИТ для масштабной концентрации солнечной энергии в таких проектах как мультимегаваттной электростанции в Калифорнии, в пустыне Мохаве, что может увеличить их электрическую мощность на 50 процентов.
Эти системы используют зеркала, чтобы сосредоточить солнечный свет в суперяркий в очень жарких регионах, для превращения воды в пар, который затем подается на электрический генератор. "Если поместить ПИТ там, где солнечный свет фокусируется, то он произведет электричество напрямую, и чем жарче, тем больше электроэнергии он будет производить", говорит Мелош.
Сердце ПИТ представляет собой сэндвич из двух слоев полупроводников: один оптимизирован для поглощения солнечный свет и создают свободные электроны, а другой предназначен для преобразования их в электрический ток. Покрытие из оксида цезия на второй слой облегчает прохождение электронов от чипа. Будущие исследования направлены на то, чтобы устройство стало до 10 раз более эффективным, путем разработки новых покрытий или обработки поверхности, что позволит сохранить расположение атомов внешней поверхности второго слоя при высоких температурах, с чем будет сталкиваться концентрация солнечной энергии.
"Мы ожидаем, что другие материалы, такие как барий или стронций, сделают поверхность более стабильной как минимум до 500 градусов Цельсия", сказал Джаред Швед, студент Стэнфордского выпускника, который совершил множество экспериментов Пит.
Дополнительная задача состоит в проектировании устройства способного противостоять ежедневному колебания температуры на солнечных электростанций в 500° C , так как их система нагревается в течение дня, а затем охлаждается в ночное время.
|
