Изображение предоставлено: Quality Stock Arts / shutterstock.com

Исследователи из Королевского технологического института KTH разработали способ преобразования невидимого инфракрасного света в источник энергии. До сих пор, хотя около 50% солнечного излучения, поступающего на Землю, поступает в виде инфракрасного света, современные солнечные панели не могут эффективно преобразовывать этот вид света в энергию.

Революционное развитие, которое стало возможным благодаря использованию нанотехнологий, выглядит так, как будто оно окажет значительное влияние на будущее солнечной энергетики.

Повышение эффективности

В то время, когда использование энергии на планете быстро растет, так как растет и население, и использование технологий, а мировые агентства стремятся уменьшить свой углеродный след, никогда не было большего интереса к возобновляемым технологиям.

Из всех доступных возобновляемых технологий солнечная энергия стала самой популярной благодаря установке солнечной фотоэлектрической системы (PV), обгоняющей любые другие альтернативные технологии для производства энергии. Однако его эффективность при преобразовании энергии света в полезный источник энергии была задержана из-за сложности преобразования инфракрасных световых волн.

Исследование, недавно опубликованное в научном журнале Nanoscale демонстрирует, что нанотехнология обеспечивает ключ к повышению эффективности солнечной энергии, позволяя солнечным элементам преобразовывать инфракрасный свет.

В Королевском технологическом институте KTH профессор теоретической химии Ханс Агрен возглавил команду, которая разработала новый вид пленки с возможностью преобразования инфракрасного света в полезную энергию. Исследование показало, что пленка, которая помещается поверх обычных солнечных элементов, может повысить эффективность солнечной технологии примерно на 10%, хотя исследователи считают, что существует огромный потенциал для ее дальнейшего повышения. После оптимизации команда Агрена уверена, что фильм сможет повысить эффективность солнечных элементов на целых 25%.

Наночастицы предлагают решение

Инфракрасные длины волн света всегда были наиболее сложной частью спектра, которую солнечные элементы преобразовывали в полезную энергию. Однако, учитывая, что почти половина световой энергии, излучаемой на Землю, приходит на этой длине волны, ученые пытались найти способ использования этой формы энергии.

Решение пришло с помощью нанотехнологий. В то время как в предыдущих обычных солнечных элементах использовались фотосенсибилизаторы в форме перовскитов и красителей, которые были невероятно ограничены в ответ на инфракрасное излучение, нанохимия была в состоянии обеспечить решение для повышения возможностей этих клеток. Исследователи добавили нанокристаллы в сочетании с цепочками микролинз.

В последние годы наблюдался бум исследований в области наночастиц, и в связи с этим разработка наночастиц с повышенным превращением, легированных лантаноидом (UCNP), привела к образованию наночастиц с квантовой эффективностью люминесценции до 19%. Хотя порог интенсивности возбуждения этих наночастиц был слишком высок, чтобы регистрировать инфракрасный свет.

Таким образом, из-за низкого возбуждения способность UCNP преобразовывать свет не была полностью использована. Команда Агрена нашла способ обойти это. Они создали новые микролинзы для концентрации света, превращая инфракрасный свет в видимый свет, на длинах волн, которые могут преобразовывать солнечные элементы.

В результате, благодаря тонкой пленке, охватывающей микролинзы, наночастицы в солнечных элементах способны преобразовывать инфракрасный свет в полезную энергию.

Ожидается, что нововведение поможет различным типам солнечных элементов в преобразовании инфракрасного света, оказывая влияние на их эффективность. В будущем команда продолжит работу над своим изобретением, и теперь основное внимание будет уделено его оптимизации, чтобы пленка помогала клеткам преобразовывать больше света в полезную энергию. Потенциальная эффективность в будущем может быть на 20-25% больше, чем в настоящее время работают обычные солнечные элементы.