Ученые, работающие в Стэнфордском НИИ материалов и энергетики (SIMES) разработали инновационные солнечные батареи, которые в 100 раз эффективнее преобразовывают солнечный свет и тепло в электричество, по сравнению с предыдущими разработками подобного рода.

«Это важный шаг к созданию практических устройств на основе нашей технологии для эффективного освоения света и тепла солнечной энергии», сказал Николас Мелош, профессор материаловедения и инженерии.

Обычные фотоэлектрические элементы используют только часть солнечного спектра для выработки электроэнергии. А в данном устройстве используется специальный полупроводниковый микрочип для выработки электроэнергии с использованием всего спектра солнечного света, в том числе длин волн, которые генерируют тепло. Кроме того, эффективность термоэлектронной эмиссии резко увеличивается при высоких температурах, так что добавление этой технологии в концентраторы солнечной электростанции может увеличить мощность выробатываемой энергии где-то на 50 процентов.

Основа даного микрочипа предстваляет собой бутерброд из двух слоев полупроводников: один оптимизирован для поглощения солнечного света и создает долгоживущие свободные электроны, а другая предназначена для излучения этих электронов для получения электрического тока. Покрытие из оксида цезия на втором слое облегчает выход электронов.

солнечные батареи
солнечные батареи

Концентрированные солнечные лучи (красные стрелки в верхней части) нагревают катод полупроводникового устройства (верхняя пластина) до более чем 400 градусов по Цельсию. Горячие электроны (синие точки) направляются из нанотекстурной нижней части катода к аноду (серая поверхность), где они собираются в постоянный электрический ток. А тепло, которое собирается под анодом, может быть использовано для работы паровых турбин или двигателей Стирлинга.

Новой задачей для команды станет проектирование устройства, которое сможет противостоять 500-градусным ежедневным колебаниям температуры в солнечных электростанциях, их системы нагреваются в течение дня, а затем охлаждаются в ночное время.

«Мы ожидаем, что другие материалы с включениями бария или стронция, сделают поверхность более стабильной до как минимум 500 градусов Цельсия», сообщил Джаред Шведе, студент экспериментатор Стэнфордского университета. Следующие исследования будут нацелены на разработку новых покрытий или методов обработки поверхностей, что позволит сохранить расположение атомов внешней поверхности второго слоя при высоких температурах в концентраторах солнечной электростанции.