Команда из Беркли побила новый рекорд по тепловой фотоэлектрической эффективности и проложила путь к сверхлегкому двигателю, способному питать дроны в течение нескольких дней.
За последние 15 лет эффективность преобразования тепла в электричество остановилась на уровне 23%. Сегодня гениальная интуиция позволила группе исследователей сделать еще один шаг, доведя его до 29%. Цель, наконец, конкретная, теперь состоит в том, чтобы достичь 50% эффективности с помощью нового дизайна 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».
"Тепловые фотоэлектрические элементы компактны и очень эффективны 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 основаны на работе, которую он проделал со своими учениками и опубликовал 8 лет назад, в 2011 году. Идея этой чрезвычайно талантливой работы заключалась в том, что ключом 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.
«То, что зеркало может сделать, это создать плотный инфракрасный 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 битвы, вовлекая их в процесс выработки энергии.
«Подвиг, никогда ранее не достигнутый в истории с простым золотым зеркалом. Теперь мы добавим слой электричества под слой зеркала, и мы немедленно доведем эффективность 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
