Предложен новый способ концентрации солнечного тепла

Современные технологии солнечных батарей состоят в преобразовании энергии света в электрическую с помощью фотогальванических элементов. Методы сбора тепловой энергии, как правило, предусматривают концентрацию света с помощью зеркал — так обеспечивается мощность, достаточная, например, для подогрева воды и вращения турбины. Реже всего солнечный свет (также собранный с помощью зеркал) используется для прямой выработки электроэнергии в твердотельных устройствах (термофотоэлектричество), которые впервые были предложены в стенах МТИ в 1950-х гг.

Теперь ученые МТИ разработали новые устройства термофотоэлектричества, для которых не нужно собирать свет в пучок с помощью зеркал, таким образом, система становится гораздо проще и компактнее. Основная идея нового прототипа — предотвратить утечку тепла из термоэлектрического материала, для чего использовался фотогальванический кристалл, т.е. массив точно нанесенных на поверхность фотогальваника отверстий.

Такой подход подобен используемому в теплицах: за счет точной геометрии отверстий попавшие на кристалл лучи в большинстве случаев отражаются внутрь кристалла, таким образом нагревая его. Зеркала, сейчас применяемые для устройств данного класса, требуют хорошей оптики, которая, как правило, отличается высокой стоимостью. Новая система проста в производстве, поскольку использует обычные промышленные технологии.

Следующим этапом исследования станет подбор материала, который обеспечит более эффективное производство электроэнергии. КПД современных устройств составляет около 10%, но новый подход может поднять этот показатель до 35-36%.

Исследования проводились при финансовой поддержке Национального научного фонда США, MIT S3TEC Energy Research Frontier Center Министерства энергетики США и Института военных нанотехнологий (Institute for Soldier Nanotechnologies). Результаты работы опубликованы в журнале Nanoscale Research Letters.