Революционный способ преобразования инфракрасного света в энергию

Исследователи демонстрируют революционную нанотехнологию, которая значительно повышает эффективность солнечных элементов. Это позволяет солнечным элементам захватывать инфракрасный свет и преобразовывать его в полезную энергию. Солнечные батареи, оснащенные этой технологией, могут быть эффективнее на 20-25%.

Невидимый инфракрасный свет составляет более половины всей солнечной радиации на Земле. В частности, солнечный свет на поверхности Земли составляет около 52% инфракрасного, 42% видимого и 4% ультрафиолетового.

Инфракрасный свет - это электромагнитное излучение с длиной волны (более 700 нм) длиннее, чем у видимого света (от 400 до 700 нм). До сих пор современные солнечные батареи не смогли эффективно преобразовать эту область света в энергию.

Недавно исследователи из Королевского технологического института KTH продемонстрировали революционные нанотехнологии, которые могут значительно повысить эффективность солнечных элементов. Они создали новый вид пленки, которая позволила бы обычным солнечным элементам захватывать инфракрасный свет и преобразовывать его в полезную энергию.

Наночастицы предлагают решение проблемы

В последнее десятилетие солнечная энергия стала самым популярным источником возобновляемой энергии. Современные солнечные элементы используют светочувствительные материалы, такие как минерал перовскит, чтобы преобразовать свет в энергию. Эти материалы, однако, не могут должным образом реагировать на инфракрасное излучение.

В этом исследовании исследователи сосредоточились на уникальном классе оптических наноматериалов, легированных ионами лантаноидов: upconversion nanoparticles (UCNPs).

Эти наночастицы могут преобразовывать спектральную энергию в инфракрасном диапазоне в более коротковолновый инфракрасный и видимый диапазон. Это может уменьшить потери при передаче в фотоэлектрических устройствах.

Недавние достижения в области нанохимии с повышением конверсии позволили создать высококачественные UCNP с высокой квантовой эффективностью люминесценции. Но поскольку эти наночастицы также имеют высокий порог интенсивности возбуждения, большая часть их светопреобразующей способности теряется при включении в солнечные элементы.

Исследовательская группа нашла решение этой проблемы. Они использовали матрицы микролинз на основе полимеров для пространственной модуляции света возбуждения. Это помогло им преобразовать слабое инфракрасное излучение в видимый свет, на длинах волн солнечные панели могут преобразовывать.

Более конкретно, исследователи обнаружили, что часть матрицы микролинз на основе полимера может концентрировать свет возбуждения на несколько порядков (в зависимости от его оптических и структурных свойств), что приводит к значительному усилению свечения с повышением частоты.

Микролинзы могут быть легко включены в различное фотонное оборудование с усиленным UCNP, включая сенсибилизированные красителем солнечные элементы.

Исследователи смогли добиться повышения эффективности солнечных элементов на 10% без оптимизации технологии. Эффективность может быть улучшена в ближайшем будущем. Они надеются достичь на 20-25% большей эффективности, чем то, что обеспечивают существующие солнечные элементы.

Этот подход является общим и может быть объединен с другими методами (фотонными или химическими) усиления свечения с повышением частоты.