Loading

Революция в физике: производство солнечной энергии без фотоэлементовВпечатляющий и неожиданный магнитный эффект света, обнаруженный исследователями Мичиганского Университета (University of Michigan), может позволить производить солнечную энергию без традиционных полупроводниковых фотоэлементов.

По словам Стивена Рэнда (Stephen Rand), профессора факультета электротехники и информатики, физики и прикладной физики, ученые нашли способ создания "оптической батареи". Таким образом, они перевернули вековую доктрину.

"Вы можете весь день пристально смотреть на уравнения движения и не увидеть эту возможность. Нас учили, что этого никогда не произойдет," - говорит Рэнд, автор опубликованной в "Журнале Прикладной Физики" статьи, которая посвящена данной теме. Это очень необычный эффект взаимодействия. Вот почему в течение более 100 лет он не был никем обнаружен."

Свет имеет электрическую и магнитную составляющие. До сих пор ученые считали эффект магнитного поля настолько слабым, что его можно проигнорировать. Но Рэнд и его коллеги заметили, что при подходящей интенсивности, когда свет проходит через материал, не обладающий электрической проводимостью, световое поле может генерировать магнитное поле в 100 000 000 раз более сильное, чем предполагалось ранее. При таких обстоятельствах, магнитные эффекты развивают силу эквивалентную сильному электрическому эффекту.

Революция в физике: производство солнечной энергии без фотоэлементов

"Это может привести к новому виду фотоэлементов без полупроводников и без поглощения для осуществления разделения зарядов," - сказал Рэнд. "В фотоэлементах свет входит в материал, поглощается и производит тепло. В нашем случае мы рассчитываем иметь очень низкую тепловую нагрузку. Взамен поглощения света энергия накапливается в магнитном моменте. Интенсивная намагниченность может быть индуцирована сильным светом и затем в конечном счете способна выступить в качестве емкостного источника питания."

По словам Уильяма Фишера (William Fisher), аспиранта прикладной физики, это происходит за счет необнаруженного ранее качества "оптического выпрямления." В традиционном оптическом выпрямлении электрическое поле света способствует разделению зарядов, а также, в частности, разделяет друг от друга положительные и отрицательные заряды в материале. Это создает напряжение схожее с напряжением, возникающим в батареях. Данный электрический эффект ранее был выявлен только в кристаллических материалах, которые обладают определенной симметрией.

Рэнд и Фишер обнаружили, что при подходящих обстоятельствах и в других типах материалов магнитное поле света может также вызывать оптическое выпрямление.

"Оказалось, что магнитное поле начинает сгибать электроны С-образно и они каждый раз немного продвигаются вперед," - сказал Фишер. "Это С-образное движение заряда генерирует электрический диполь и магнитный диполь. Если мы сможем создать из большинства из них ряд в длинном волокне, то в результате возникнет огромное напряжение, которое путем экстрагирования можно использовать в качестве источника питания."

Свет должен проходить через материал, не обладающий электрической проводимостью, как, например, стекло. И он должен быть сфокусирован с интенсивностью в 10 000 000 ватт на квадратный сантиметр. Это не свойственно природе солнечного света, но в настоящее время ведутся поиски новых материалов, которые смогут быть полезны при более низкой интенсивности, добавил Фишер. "В нашем последнем научном докладе мы показали, что некогерентный свет, например, солнечный, теоретически почти столь же эффективен в производстве разделения зарядов, как и лазерное излучение."

По словам исследователей, эта новая технология может сделать солнечную энергию дешевле. Они предсказывают, что с усовершенствованием материалов можно достичь 10%-ной эффективности в производстве солнечной энергии. Это эквивалентно КПД сегодняшних фотоэлементов коммерческого класса.

"Для производства современных фотоэлементов необходимо произвести пространную обработку полупроводников," отметил Фишер. "Но в нашем случае потребуются лишь линзы для фокусирования света и волокно в качестве проводника. Этими свойствами обладает стекло. Оно уже производится в большом количестве и не требует так много обработки. Еще более эффективной может оказаться прозрачная керамика." Этим летом в своих экспериментах исследователи планируют попытаться воспользоваться данными свойствами с помощью лазерного излучения, а затем и солнечного света.

Научная работа названа "Оптически-индуцированное разделение зарядов и терагерцовое излучение в абсолютных непроводниках". Университет намеревается получить патент для защиты интеллектуальной собственности.

Источник: sciencedaily.com

Комментарии: