Наноразмерное устройство преобразует бесполезный инфракрасный свет от фотоэлектрических систем в полезную энергию
Аккумулятор FIAMM 12 FGL 80
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее разработали наноустройство, способное преобразовывать низкоэнергетический инфракрасный и красный свет в более высокоэнергетический видимый свет. Это открытие может повысить эффективность солнечных батарей.
Группа исследователей из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) разработала наноустройство, которое, по их словам, может повысить эффективность фотоэлектрических систем, предотвращая потерю солнечной энергии до того, как она будет использована.
По словам исследователей, этот механизм предназначен для улавливания фотонов низкоэнергетического инфракрасного и красного света — волн, которые несут меньше энергии и обычно не используются в обычных фотоэлементах, — и преобразования их в видимый свет с более высокой энергией, который можно применять на практике.
Слой с повышающим преобразованием, расположенный за солнечным элементом, может преобразовывать инфракрасные фотоны, которые в противном случае были бы потеряны, в видимый свет с более высокой энергией, который можно направить обратно на солнечный элемент, чтобы повысить его эффективность. Основное внимание уделялось коммерчески выгодным твердотельным повышающим преобразователям, но их эффективность оставляла желать лучшего.
Команда научного факультета Университета Нового Южного Уэльса разработала стратегию, позволяющую преодолеть эти потери энергии, создав «жидкую триплетную среду для термоядерного синтеза», которая в экситонных временных масштабах ведет себя как твердое тело. Этот материал заполняет поры наноструктуры из оксида алюминия, к которой прикреплены молекулы сенсибилизатора, предотвращая обратный перенос энергии, характерный для твердотельных систем.
По словам ведущего автора исследования и научного сотрудника Университета Нового Южного Уэльса доктора Тилини Ишвара, этот механизм позволил устройству достичь эффективности преобразования фотонов в 8,2 %, что является одним из самых высоких показателей для данного типа архитектуры.
«Эта работа — большой шаг вперед, — сказала она. — В этих ультратонких молекулярных системах сложно добиться высокой эффективности пленок — требуется хорошее поглощение света и минимизация потерь энергии».
По словам Ишвары, эта разработка может иметь далеко идущие последствия для отраслей, стремящихся извлекать или повторно использовать бесполезный инфракрасный свет, в том числе в солнечной энергетике, где большое количество низкоэнергетического света проходит через обычные кремниевые элементы, не принося никакой пользы.
«Преобразование части этого света в видимый диапазон может повысить общую производительность», — говорят исследователи, добавляя, что этот подход может быть полезен в инфракрасном зондировании, фотокатализе, оптической связи и аддитивных технологиях нового поколения, таких как объемная 3D-печать.
Одним из ключевых аспектов исследования является то, что система работает в твердотельной структуре. Это делает ее совместимой с производством полупроводников, повышая ее коммерческую привлекательность по сравнению с более ранними подходами, основанными на использовании жидкостей.
«Мы стремимся коммерциализировать нашу технологию», — сказал Ишвара.
Научная статья «Структурная локализация экситонов обеспечивает эффективную сенсибилизированную конверсию триплетного слияния в твердотельных средах» опубликована в журнале Nature Photonics.