Теперь исследователи из Массачусетского технологического института говорят, что они завершили разработку материала, который очень близок к «идеалу» для поглощения солнечной энергии. Материал представляет собой двумерный металлический диэлектрический фотонный кристалл и обладает дополнительными преимуществами, заключающимися в поглощении солнечного света под разными углами и выдерживании чрезвычайно высоких температур.
Пожалуй, самое главное, материал также можно дешево производить в больших масштабах.
Создание этого материала описано в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Advanced Materials, в соавторстве с доктором Массачусетского технологического института Джеффри Чоу, профессорами Марин Солячич, Николасом Фангом, Эвелин Ван и Санг-Гук Ким, а также пятью другими.
Материал работает как часть солнечно-термофотоэлектрического (STPV) устройства: энергия солнечного света сначала преобразуется в тепло, которое затем заставляет материал светиться, излучая свет, который, в свою очередь, может быть преобразован в электрический ток.
Некоторые члены команды работали над более ранним устройством STPV, которое имело форму полых полостей, объясняет Чжоу из отдела машиностроения Массачусетского технологического института, который является ведущим автором статьи. «Они были пустыми, внутри был воздух», — говорит он. «Никто не пробовал поместить внутрь диэлектрический материал, поэтому мы попробовали это и увидели некоторые интересные свойства."
Используя солнечную энергию, «вы хотите поймать ее и удерживать там», — говорит Чжоу; получение правильного спектра как поглощения, так и излучения важно для эффективной работы STPV.
Чжоу объясняет, что большая часть солнечной энергии достигает нас в определенном диапазоне длин волн, от ультрафиолета до видимого света и до ближнего инфракрасного. «Это очень специфическое окно, в которое нужно впитывать», — говорит он. «Мы построили эту структуру и обнаружили, что у нее очень хороший спектр поглощения, именно то, что мы хотели."
Кроме того, характеристики поглощения можно контролировать с большой точностью: материал состоит из набора нанополостей, и «вы можете настроить поглощение, просто изменив размер нанополостей», — говорит Чжоу.
Еще одна ключевая характеристика нового материала, по словам Чоу, заключается в том, что он хорошо сочетается с существующей производственной технологией. "Это первое в мире устройство такого типа, которое может быть изготовлено методом, основанным на текущих … ", — говорит Чоу — до 12 дюймов на стороне. По его словам, ранее лабораторные демонстрации подобных систем позволяли производить устройства со стороной всего несколько сантиметров с дорогими металлическими подложками, поэтому они не подходили для масштабирования до коммерческого производства.
По словам Чжоу, чтобы максимально использовать преимущества систем, концентрирующих солнечный свет с помощью зеркал, материал должен быть в состоянии выжить невредимым при очень высоких температурах. Новый материал уже продемонстрировал, что он может выдерживать температуру 1000 градусов по Цельсию (1832 градуса по Фаренгейту) в течение 24 часов без серьезной деградации.
А поскольку новый материал может эффективно поглощать солнечный свет под широким диапазоном углов, по словам Чоу, «нам действительно не нужны солнечные трекеры», что значительно усложняет и увеличивает стоимость солнечной энергетической системы.
«Это первое устройство, которое может делать все это одновременно», — говорит Чжоу. "Он обладает всеми этими идеальными свойствами."
Хотя команда продемонстрировала работающие устройства, в состав которых входит относительно дорогой металл, рутений, «мы очень гибки в отношении материалов», — говорит Чоу. "Теоретически можно использовать любой металл, способный выдержать такие высокие температуры."
В настоящее время группа работает над оптимизацией системы с использованием альтернативных металлов. Чжоу ожидает, что система может стать коммерчески жизнеспособным продуктом в течение пяти лет.
Он работает с Ким над приложениями из этого проекта.