Команда из Беркли побила новый рекорд термофотоэлектрической эффективности и указывает путь к сверхлегкому двигателю, способному питать дроны в течение нескольких дней.
За последние 15 лет эффективность преобразования тепла в электричество застряла на уровне 23%. Сегодня блестящая интуиция позволила группе исследователей сделать еще один шаг, доведя этот показатель до 29%. Цель, наконец-то конкретная, состоит в том, чтобы достичь эффективности 50% с помощью новой конструкции и еще более разумного использования этих новых критериев.
Последствия
Исследования Беркли имеют прямые и важные последствия для всех технологий, которые требуют тяжелых батарей для работы.
Тепловая фотогальваника - это сверхлегкий альтернативный источник, который позволит широкому кругу беспилотных летательных аппаратов непрерывно летать в течение нескольких дней перед разгрузкой. Он также может использоваться для питания космических зондов на протяжении веков, и в ближайшем будущем он сможет обеспечить весь дом генератором размером с конверт.
Работа исследователей Калифорнийского университета в Беркли была собрана в статье, опубликованной на этой неделе в журнале «Известия Национальной академии наук».
Термофотогальваника компактна и очень эффективна для широкого спектра применений. От тех, которым требуется минимум 100 Вт (небольшой дрон), до тех, которым требуется 100 мегаватт (электричество для 36.000 XNUMX домов)," Он говорит Эли Яблонович, Профессор электротехники и вычислительных наук, а также соавтор исследования.
Как работает принцип
По словам Яблоновича, эти результаты являются результатом работы, проделанной с его учениками и опубликованной 8 лет назад, в 2011 году. В этой чрезвычайно талантливой работе идея заключалась в том, что ключ к улучшению солнечный он должен был не только поглощать больше фотонов, но и излучать их. Добавив зеркало с высоким коэффициентом отражения к задней части фотоэлемента, команда побила рекорд эффективности и, совершенствуя технику, продолжает получать результаты.
«Зеркалу удается создать плотный инфракрасно-люминесцентный фотонный газ внутри солнечного элемента. Явление, которое увеличивает напряжение». говорит Яблонович.
Команда обнаружила, что наличие этого зеркала может решить одну из самых больших проблем в области тепловых фотоэлектрических исследований: как использовать фотоны, у которых слишком мало энергии для производства электроэнергии.
Зеркало просто заставляет их «вернуться» в игру и вернуться на поле боя, вовлекая их в процесс генерации энергии.
«Результат, никогда не достигаемый в истории с помощью простого золотого зеркала. Сейчас добавим слой электрики под зеркальный слой и сразу доведем КПД до 36%», игра в кости Луис М. Пасос Аутон, другой из авторов.
Это уже выдающийся результат, и достижение 50% эффективности теперь действительно в наших силах.
Вот исследование: Zunaid Omair et al. Сверхэффективное термофотовольтаическое преобразование мощности с помощью спектральной фильтрации на границе полосы, Труды Национальной академии наук (2019). DOI: 10.1073 / pnas.1903001116
