Учени използват „черен метал“, за да подобрят слънчевата енергия 15 пъти

Американски изследователи от Университета в Рочестър са използвали черен метал в нова конструкция на слънчеви термоелектрически генератори.

Тези генератори, известни още като STEG, преобразуват различните форми на топлинна енергия в електричество. Техническите ограничения обаче значително намаляват техния потенциал. Изходната мощност преобразува в електричество само 1% от слънчевата светлина — посредствена цифра в сравнение с около 20% за домакинските слънчеви панели. Новата разработка заобикаля това ограничение, като позволява прецизен контрол на всеки слой. Някои от слоевете са изработени от черен метал. 

STEG обикновено имат „гореща“ и „студена“ страна, разположени между полупроводникови материали, а температурната разлика между страните генерира електричество чрез ефекта на Зеебек — явление, при което се генерира електродвижеща сила между два контакта на отделни проводници с различни температури.  В продължение на десетилетия фокусът е върху подобряването на полупроводниковите материали, за да се контролира по-добре температурната разлика.

Но този подход има ограничения, казва старшият автор Чунлей Гуо, учен по материалознание в Университета в Рочестър и водещ автор на изследването, затова той е разгледал и други материали. Създадената от него конструкция се основава на три стратегии за производство, които активно използват лазери.

Екип от изследователи, ръководен от Чунлей Гуо, обработил волфрам с фемтосекундни лазерни импулси – ултракъси лъчи, които удрят метала на интервали от една квадрилионна част от секундата – за да го превърнат в черен метал. Материалът е проектиран да оптимизира абсорбцията на слънчева светлина, като същевременно минимизира нежеланите загуби на топлина. 

Те покрили обработения волфрам с парче пластмаса, създавайки „мини оранжерия“, която максимизира способността на горещата страна да задържа топлината. Екипът отново използвал фемтосекундни лазери, за да изработи специален алуминиев радиатор. Изследователите обяснили, че тези наноструктури са удвоили ефективността на охлаждане на студената страна.

За да тестват собствената си разработка, учените са провели експеримент, в който са тествали системата за термична регулация, включвайки светодиод. Както се очакваше, инсталацията е позволила на STEG да захранва напълно светодиода с максимална яркост при значително по-ниски нива на светлината.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Light: Science & Applications.