"Воронки" для концентрации солнечной энергии разработали в MIT

Реальность такова, что на сегодняшний день большинство доступных на рынке солнечных панелей являются не очень эффективными – фотоэлектрические ячейки, из которых и состоят панели, способны преобразовывать менее пятой части солнечного света в электричество.
Но исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый паттерн ячеек с покрытием в виде специальных "воронок", которые позволяют концентрировать поток входящих фотонов, что в перспективе даст ученым возможность спроектировать более эффективные солнечные батареи.

Во время исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Photonics, ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы оценить возможность изменения формы полупроводников из дисульфида молибдена, чтобы получить нужные физические свойства, позволявшие использовать более широкий спектр солнечного света, чем в случае самого распространенного на сегодняшний день материала в солнечной энергетике - кремния.

Улучшение эффективности фотоэлектрической ячейки имеет первостепенное значение для снижения затрат на производство солнечной электроэнергии. Одним из способов добиться этого является разработка механизма, позволяющего извлекать больше энергии из одного и того же количества материалов. Это также позволит снизить требования к площади земельного участка для развертывания массива солнечных батарей. Строительство солнечных ферм на больших участках земли уже давно вызывает ожесточенные дебаты по поводу их воздействия на окружающую среду. Разработка MIT может решить и эту проблему.

Американские ученые работают над инструментом для манипуляций над запрещенной зоной в материале. Ширина запрещенной зоны характеризует количество энергии, которая необходима для движения электрона, за счет которого и вырабатывается электроэнергия. Если мы сможем управлять шириной запрещенной зоны, превращая ее в ту самую "воронку", то получим возможность контролировать количество произведенной электроэнергии. При этом манипулирование запрещенной зоной не является новой концепцией. Идею уже взяли на вооружение разработчики фотоэлектрических ячеек из коммерческих организаций и представители академических кругов.

Но исследователи MIT предложили действительно новый подход. Они хотят растянуть и деформировать полупроводник для создания запрещенных зон с различной шириной на поверхности одного и того же слоя материала, чтобы он мог поглощать фотоны из различных частей светового спектра. Ученые предлагают воспользоваться массивом микроскопических игл, чтобы создать в материале множество "воронок". Давление, создаваемое иглами, вызовет различные степени деформации и расширение запрещенных зон.

Понимание того, каким именно образом можно растянуть материал, является лишь частью решения сложнейшей задачи. Еще одно препятствие возникает во время поиска материалов, которые могут выдерживать давление. Обычные полупроводники лишь надламывались или чрезмерно деформировались под воздействием механического напряжения. На помощь ученым из MIT пришли их коллеги, совсем недавно разработавшие новый класс ультра-прочных материалов на основе дисульфида молибдена.

Команда из MIT надеется провести лабораторные опыты для проверки результатов компьютерного моделирования. Исследователи уже получили финансовую и научную поддержку со стороны американских и китайских институтов.

Использованы материалы MIT News и Nature Photonics