Вчені розробили термостійкий матеріал, який підвищить ефективність сонячних елементів

Дослідники з колегіальної групи університетів Стенфорда, Урбана – Кампайн (штат Іллінойс ) і Північної Кароліни нещодавно розробили термостійкий тепловий випромінювач, використання якого дозволить істотно поліпшити продуктивність сонячних елементів. Цей інноваційний елемент перетворює сонячне тепло в інфрачервоне світло, яке потім використовується кремнієвими сонячними фотоелементами для вироблення електрики.

Дослідники з колегіальної групи університетів Стенфорда, Урбана – Кампайн (штат Іллінойс ) і Північної Кароліни нещодавно розробили термостійкий тепловий випромінювач, використання якого дозволить істотно поліпшити продуктивність сонячних елементів. Цей інноваційний елемент перетворює сонячне тепло в інфрачервоне світло, яке потім використовується кремнієвими сонячними фотоелементами для вироблення електрики.

На відміну від раніше розроблених прототипів, які розвалюються на шматки при температурі вище 1200 градусів за Цельсієм, новий термо -емітер залишається стабільним при температурі до 1400 градусів за Цельсієм. На думку дослідників, цей компонент має рекордну продуктивність з точки зору термічної стабільності і являє собою значний прогрес в області термофотоелектрики.

Типовий сонячний елемент містить кремнієвий напівпровідник, який поглинає енергію сонячного світла і перетворює її в електричну енергію. Однак, кремнієві напівпровідники можуть поглинати світло тільки в інфрачервоному діапазоні хвиль, при цьому велика частина спектра видимого світла витрачається даремно у вигляді тепла, а електромагнітні хвилі з більш низькою енергією просто проходять через сонячну панель.

Термофотоелектричні пристрої призначені для подолання цього обмеження. Вони містять проміжний компонент – тепловий випромінювач, який складається з двох частин: абсорбера , який нагрівається при впливі сонячного світла, і емітера, який перетворює тепло в інфрачервоне світло. По суті, цей компонент «розрізає» довгі світлові хвилі на більш короткі, які підходять для поглинання кремнієвим напівпровідником, і теоретично може підвищити ефективність елемента до 80 відсотків. Але до теперішнього часу, за рахунок використання вольфраму в якості випромінювача, вченим не вдавалося домагатися поліпшення продуктивності термофотоелектричних систем більше 8 відсотків.

Новий тепловий випромінювач має складну структуру і являє собою вольфрамову нитку, покриту наношаром керамічного матеріалу діоксиду гафнію. Перші проведені дослідниками випробування показали вражаючі й обнадійливі результати: при впливі температури в 1000 градусів за Цельсієм керамічне покриття випромінювача зберігало свою структурну цілісність протягом більше 12 годин. При нагріванні до 1400 градусів пристрій залишалося термічно стабільним протягом, щонайменше, години.