Технология массового выпуска наноантенн изменит облик солнечной энергетики

Новая производственная технология ALD (selective area Atomic Layer Deposition), разработанная профессором университета UConn (штат Коннектикут) Брайаном Уиллисом (Brian Willis) призвана коренным образом улучшить получение и использование энергии Солнца.

Уже давно теоретически показано, что массивы миниатюрных наноантенн (или ректенн) способны улавливать более 70% солнечного электромагнитного излучения. Однако все упиралось в отсутствие технологии создания подобных наноантенн. Для эффективной работы ректенны, расстояние между заостренными концами ее внутренних электродов не должно превышать двух нанометров. До изобретения ALD существующими методами литографии подобной точности добиться было невозможно: наилучший результат превышал нужное расстояние на порядок.

Используя атомное напыление, Уиллис последовательно покрывал вершину ректенны слоями индивидуальных атомов меди, пока разрыв между электродами не сократился до 1,5 нм. Процесс является самоограничивающимся и автоматически прекращается при достижении нужного расстояния.

На такой дистанции между электродами образуется сверхбыстрое туннельное соединение. Оно позволяет возбужденным электронам переходить на противоположный электрод до того, как электрический ток изменит свое направление и попытается увлечь их обратно. Треугольная форма вершины антенны затрудняет возвратное движение электронов, благодаря чему энергия преобразуется в однонаправленный ток. Что особенно важно, функционирование наноантенных устройств не требует наличия запрещенной полосы энергий, то есть в электричество может преобразовываться не узкая полоса, а весь спектр солнечного излучения.

Процесс ALD прост в реализации, легко воспроизводим и масштабируется для условий массового производства. По мнению Уиллиса, эту технологию можно с успехом применять для прецизионного нанесения однородных покрытий на следующее поколение полупроводниковых устройств, а также на всевозможные наноструктуры (нанопровода и нанотрубки).

Недавно, Уиллис вместе с коллегами из Пенсильванского университета Penn State Altoona получил от федерального правительства трехлетний грант в размере 650 млн долл. для отладки производства ректенн и поиска способов максимального улучшения их рабочих характеристик.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365