Солнечные технологии берут на вооружение акустический эффект «шепчущей галереи»

Создано 26.03.2012 19:10

Автор: NataKon

«Шепчущая галерея» - помещение (обычно круглой или эллиптической формы), в котором наблюдается любопытный акустический эффект – произнесенное шепотом у одной из его стен будет ясно различимо на противоположной стороне. Причиной тому – многократное внутреннее отражение акустической волны, пробегающей по периметру помещения. Вдохновившись идеей, ученые Стэндфордского Университета создали фотоэлектрический материал, обращающийся с солнечным светом так же, как «шепчущие галереи» - со звуком. Кроме способности «заворачивать» попадающий на его поверхность свет новый материал обладает и другими замечательными качествами – дешевизной, меньшей хрупкостью и меньшей зависимостью от угла падения солнечных лучей.

Материал состоит из крошечных полых шариков, выполненных из нанокристаллического кремния. Обладая высоким электрическим кпд и способностью противостоять разрушающему действию солнечных лучей, нанокристаллический кремний, к сожалению, слабо поглощает свет. До сих пор этот недостаток пытались компенсировать большей толщиной абсорбирующего слоя, что увеличивало общее время изготовления панелей. Теперь же в игру вступают крошечные сферические образования - так называемые «наногильзы».

Для создания наногильз ученые покрывают отдельные шарики кварца кремнием, а затем с помощью фтористоводородной (плавиковой) кислоты вытравливают кварц из середины образовавшихся сфер. На выходе получаем полые прозрачные наногильзы.

Попадая в одну из них, солнечный луч не проходит насквозь, но захватывается и совершает несколько полных оборотов внутри наногильзы. Это хорошо, так как чем дольше свет контактирует с нанокристаллическим кремнием, тем больше энергии тот поглощает.

Смоделированное падение солнечного света (красный/оранжевый, движение сверху вниз) на слой наногильз и его отражение внутри гильз (красный)

При проведении одновременного сравнения с плоским слоем кремния новый слой, состоящий из наногильз, показал «намного большее поглощение в более широком диапазоне светового спектра». При использовании тройного слоя наногильз различия в интенсивности поглощения света в некоторых ключевых диапазонах солнечного спектра достигали 75 процентов.

Таким образом, усовершенствование в виде наногильз не только повышает эффективность солнечных панелей по сравнению с пленкой из нанокристаллического кремния, но и облегчает их производство. Один из членов команды, исследователь Ян Яо (Yan Yao) отметил, что «нанесение плоской пленки из твердого нанокристаллического кремния микронной толщины может занять несколько часов, тогда как размещение наногильз, необходимых для поглощения того же количества солнечного света, займет считанные минуты». Кроме того, на создание наногильз (по сравнению с пленкой) уходит одна двадцатая материала, и, соответственно, на то же значение уменьшается стоимость и вес светопоглощающего слоя. Это может оказаться решающим фактором при использовании той же технологии для других, более редких, материалов вроде теллура или индия.

Фото РЭМ одинарного слоя наногильз из нанокристаллического кремния

Ко всему прочему, эффективность работы наногильз намного менее зависима от угла падения солнечного света на поверхность материала, так что они могут использоваться в местностях, где не всегда возможно достичь оптимального значения в этом вопросе. И, наконец, их слой достаточно тонок, чтобы спокойно выдерживать сгибание и перекручивание, так что новый материал имеет шансы когда-нибудь оказаться вшитым в одежду или паруса.

Статья с материалами исследования была опубликована в журнале «Nature Communications» в феврале этого года.

Источник: www.gizmag.com