Солнечные батареи преобразуют свет в электричество. Хотя солнце является одним из источников света, сжигание природных ресурсов, таких как нефть и природный газ, также можно использовать.
Однако солнечные элементы не преобразуют весь свет в энергию в равной степени, что вдохновило совместные усилия промышленности и академических кругов на разработку решения, которое может изменить правила игры.
"Существующие солнечные элементы плохо преобразуют видимый свет в электрическую энергию. Наилучший КПД составляет всего около 20%", - объясняет Такаси Асано из Киотского университета, который использует оптические технологии для улучшения производства энергии.
При более высоких температурах свет излучается на более коротких длинах волн, поэтому пламя газовой горелки меняет цвет с красного на синий по мере увеличения температуры. Более высокая температура дает больше энергии, что делает короткие волны важной целью при разработке солнечных элементов.
«Проблема, - продолжает Асано, - заключается в том, что тепло рассеивает свет всех длин волн, а солнечный элемент работает только в узком диапазоне».
"Чтобы решить эту проблему, мы создали новый наноразмерный полупроводник, который сужает диапазон длин волн для концентрации энергии."
Ранее Асано и его коллеги из лаборатории Susumu Noda использовали другой подход. «Наше первое устройство работало на высоких длинах волн, но для сужения выходного сигнала для видимого света потребовалась новая стратегия, поэтому в текущем сотрудничестве с Osaka Gas мы перешли на внутренний кремний», - говорит Асано.
Чтобы излучать волны видимого диапазона, нужна была температура 1000˚C, но для удобства кремний имеет температуру плавления более 1400˚C. Ученые выгравировали кремниевые пластины, чтобы они имели большое количество одинаковых и равноудаленных стержней, высота, радиус и расстояние между которыми были оптимизированы для целевой полосы пропускания.
Согласно Асано, "цилиндры определяли излучательную способность", описывающую длину волны, излучаемую нагретым устройством.
Используя этот материал, команда показала в Science Advances, что их наноразмерный полупроводник повышает скорость преобразования энергии солнечных элементов как минимум до 40%.
«Наша технология имеет два важных преимущества, - добавляет руководитель лаборатории Нода. «Во-первых, это энергоэффективность: мы можем преобразовывать тепло в электричество намного эффективнее, чем раньше. Во-вторых, это дизайн. Теперь мы можем создавать намного меньшие по размеру и более надежные преобразователи, которые будут полезны в широком диапазоне применений».