Архив

Плазменные наноструктуры – прорыв в солнечной энергии

Исследователи из Пенсильванского университета нашли способ для получения солнечной энергии  более эффективно, с помощью так называемых плазменных наноструктур. Результаты показывают, что плазменные компоненты являются более эффективными, чем фотовозбужденые пластины солнечных батарей. Развитие плазменных наноструктур может привести к реальному повышению эффективности благодаря ускорению оптической связи.

Когда фотоны ударяются о поверхность солнечного элемента, они несут энергию, которая поглощается атомами легированных полупроводников. Если энергия поглощение энергии выше, чем минимальный  порог, известный как энергетическая щель, то электроны освобождаются и  используются для выработки электроэнергии.

Теоретически, энергетической щелью можно манипулировать, чтобы максимально увеличить количество электронов, которые могут освободить фотон, но установка этого порога не простая, потому что некоторые фотоны несут больше энергии, чем другие.

Фотоны как правило не несут достаточно энергии, чтобы освободить электроны из атомов кремния. Фотоны из красного спектра несут как правило достаточно энергии, чтобы освободить один электрон, а фотоны из синей части спектра и за её пределами несут столько энергии, что ее достаточно, чтобы освободить один электрон, остальная же часть энергии теряется в виде тепла. Такое большое количество энергии впустую нагревает солнечные фотоэлементы.

Опираясь на предыдущие работы профессора  Dawn Bonnell  и его коллег, можно утверждать что теперь появился еще один способ для преобразования световой энергии, которая в 10 раз более эффективна, чем обычное фотовозбуждение, а это значит что можно значительно повысить эффективность солнечных батарей и оптико-электронных приборов, преобразующих световые сигналы в электрические.

Исследователи из Университета Пенсильвании сосредоточены на  развитии плазменных наноструктур —  материал, который изготовлен из массы наночастиц золота и светочувствительных молекул porphyin расположенных в конкретном порядке.

Когда фотон попадает в эту структуру, то он генерирует электрический ток, который движется в направлении, контролируемые размерами и расположением частиц золота. Контролируя и повышая путь света рассеивающегося через них, наноструктуры могут преобразовывать свет в электричество более эффективно, чем это было возможно ранее. Освобожденные электроны могут быть извлечены из плазмонов и использоваться для питания электронных молекулярных оптоэлектронных приборов.

С момента их первого эксперимента в 2010 году, исследователи во главе с профессором  Dawn Bonnell подозревали, что их метод может привести к значительному увеличению производительности солнечных батарей, но они не могли доказать это. Теперь, в новом исследовании, им удалось сделать это.

Свет падает на множество металлических наночастиц, связанных с оптически активными молекулами, и в результате освобождаются электроны. Этот процесс может производить больше электронов. Вы можете себе представить собирающие энергию устройства, изготовленные из наночастиц и органических молекул?

Наноструктуры могут быть оптимизированы для конкретного  места применения путем изменения размера и расстояния между наночастицами, это может привести к изменению длины волны света, в котором плазмон реагирует таким же образом, что и мульти-соединения солнечных батарей, построенных  для поглощения фотонов с различными длинами волн.

В ходе данного исследования ученые показали, что генерация электроэнергии с использованием плазменных наноструктур может быть более эффективна, чем при использовании стандартных солнечных батарей, но никто не знает, как скоро устройства, использующие этот принцип, смогут достичь массового производства.

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Close