"Шепчущие сферы" из кремния помогут улучшить солнечные батареи

"Шепчущие сферы" из кремния помогут улучшить солнечные батареи

Американские физики разработали особый тип солнечных батарей, основным компонентом которых являются так называемые «шепчущие сферы» – полые шарики из нанокристаллов кремния, чья небольшая масса и высокая эффективность поглощения света поможет удешевить производство преобразователей энергии солнечного излучения в электричество.

И Цуй (Yi Cui) и его коллеги из Стэнфордского университета (США) опубликовали «рецепт» приготовления сфер и первые результаты их испытаний в статье в журнале Nature Communications.

В своей работе группа физиков под руководством Цуя воспользовались эффектом так называемых «шепчущих галерей», секрет которых известен человечеству еще со времен Средневековья. Этот феномен возникает в эллиптических или круглых помещениях – звук в окрестностях стен таких построек распространяется особым образом, благодаря чему даже тихий шепот можно легко услышать у стенки в противоположном конце здания.

Авторы статьи адаптировали этот эффект для захвата фотонов солнечного света и преобразования их энергии в электричество. В качестве «шепчущей галереи» Цуй и его коллеги использовали полые кремниевые сферы диаметром в несколько десятков нанометров, которые изготовляются оригинальным образом.

На первом этапе сборки ученые подготовили небольшие шарики из расплава чистого кварца – диоксида кремния. Затем они покрыли их тонким слоем нанокристаллического кремния и погрузили их в плавиковую кислоту – чрезвычайно агрессивное соединение фтора и водорода. Это вещество разъедает практически любую материю, но не реагирует с чистым кремнием. Благодаря этому кварц растворяется в плавиковой кислоте и покидает тонкую оболочку из кремния, которая остается нетронутой.

По словам исследователей, солнечная панель из таких шариков одинаково эффективно поглощает свет в широком диапазоне частот и эффективность ее работы не зависит от угла падения или поляризации света. Экспериментальная трехслойная батарея поглощала до 75% света в тех участках спектра, где энергия солнечных лучей достигает максимума.

«Нанометровые сферические оболочки оказались лучшими в деле максимизации эффективности поглощения света тонкой пленкой из кремния. Они одновременно позволяют свету проникнуть внутрь и "замуровывают» его внутри себя, что значительно увеличивает долю поглощенной энергии. Более грубые конструкции не могут достичь такой производительности – такова сила нанотехнологий", – пояснил один из участников группы Цзе Яо (Jie Yao) из Стэнфордского университета.

Значительное уменьшение массы исходных материалов и общей стоимости батареи является вторым значительным преимуществом разработки Цуя и его коллег.

«Ингредиенты (для изготовления наносфер – ред.), конечно же, будут стоить и весить лишь 5% цены и массы обычной солнечной батареи. Вполне возможно, что это позволит нам создавать более производительные солнечные батареи из редких металлов и других дорогостоящих реагентов по разумной цене», – заключает Яо.

  • Дата публикации: 08.02.2012
  • 150

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться