Американські науковці з Рочестерського університету розробили нову конструкцію сонячних термоелектричних генераторів (STEG), у якій ключову роль відіграє так званий чорний метал. Завдяки цьому технологічному рішенню вдалося суттєво збільшити коефіцієнт перетворення сонячної енергії на електрику.
Про це розповідає ProIT
Принцип роботи та інновації у STEG
Сонячні термоелектричні генератори традиційно використовують різницю температур між гарячою та холодною сторонами пристрою, щоб за допомогою ефекту Зеєбека створювати електричний струм. До цього часу їхня ефективність залишалася низькою — лише близько 1% сонячного світла перетворювалося на електроенергію, що істотно поступається класичним сонячним панелям із середньою ефективністю близько 20%.
Наукова команда під керівництвом матеріалознавця Чуньлея Го застосувала три лазерні стратегії виробництва, які дозволили вдосконалити структуру пристрою. Зокрема, вони використовували фемтосекундні лазерні імпульси для обробки вольфраму — надкороткі промені перетворювали цей метал на особливий чорний метал, який максимально поглинає сонячне світло та мінімізує теплові втрати.
Практичні результати та експерименти
Після лазерної обробки дослідники покрили модифікований вольфрам шаром пластику, створивши своєрідну «міні-теплицю». Це забезпечило ефективніше утримання тепла гарячою стороною генератора. Для вдосконалення системи охолодження холодної сторони вони знову застосували фемтосекундні лазери — цього разу для створення спеціальних наноструктур на алюмінієвому радіаторі. Завдяки цим змінам вдалося подвоїти ефективність відведення тепла.
Щоб перевірити працездатність розробленої системи, команда провела експеримент із живленням світлодіодів. Результати засвідчили, що STEG на основі чорного металу здатен забезпечувати повну яскравість світлодіода навіть за значно нижчого рівня освітленості, ніж це було можливо раніше.
“Як і очікувалося, їх встановлення дозволило STEG повністю живити світлодіод на максимальній яскравості при значно нижчих рівнях освітленості”.
Детальні результати дослідження були опубліковані у науковому журналі Light: Science & Applications.
На фото: надшвидкі лазерні імпульси формують наноструктури на металевих поверхнях, створюючи високоефективні STEG. University of Rochester/J. Adam Fenster