Солнечные генераторы вышли на новый уровень: эффективность выросла в 15 раз благодаря неожиданному материалу

Учёные сделали шаг, который может радикально изменить эффективность солнечных генераторов: новый материал позволил увеличить выработку энергии в 15 раз.

Речь идёт о так называемом "чёрном металле" — особым образом обработанном лазером вольфраме, который теперь исследователи планируют использовать в солнечных термоэлектрических генераторах (СТЭГ).

Что такое STEG

СТЭГ — это устройства, преобразующие тепловую энергию в электричество благодаря эффекту Зеебека. Когда одна сторона устройства нагревается, а другая остаётся холодной, возникает поток электронов, создающий электрический ток.

Однако их главный недостаток до недавнего времени был очевиден: эффективность не превышала 1%. Для сравнения — солнечные панели, привычные на крышах домов, показывают результат около 20%.

Лазерное открытие

В новом исследовании, опубликованном 12 августа в журнале Light: Science and Applications, команда показала иной подход. Учёные обработали поверхность вольфрама лазерными импульсами, сформировав крошечные канавки. Благодаря им металл приобрёл насыщенный чёрный цвет и способность удерживать значительно больше теплового излучения.

Чтобы усилить эффект, "чёрный металл" накрыли прозрачным пластиком, создав миниатюрную теплицу. А для охлаждающей стороны STEG использовали алюминий, также модифицированный лазером: микроскопические бороздки превратили его в радиатор, рассеявший тепло в два раза эффективнее обычного.

Проверка на практике

Во время эксперимента система питала светодиод. Если стандартный STEG не справлялся даже при свете в десять раз ярче солнечного, то новая разработка позволила лампочке загореться на полную силу уже при пятикратном усилении освещения. В пересчёте на эффективность это дало 15-кратный прирост.

Перспективы

Авторы работы подчёркивают: технология не заменит солнечные электростанции в ближайшие годы. Но у неё есть шанс занять свою нишу. Она может питать маломощные беспроводные датчики Интернета вещей, носимые гаджеты или обеспечивать автономные системы в отдалённых регионах.

"На протяжении десятилетий исследовательское сообщество уделяло особое внимание совершенствованию полупроводниковых материалов, используемых в STEG, и добилось небольших успехов в повышении общей эффективности", — заявил профессор оптики и физики Рочестерского университета, соавтор исследования Чуньлэй Го.

Учёный отметил, что команда сосредоточилась не на полупроводниках, а на горячей и холодной сторонах устройства. Именно их доработка обеспечила прорывные результаты, открыв новые горизонты для термоэлектрических технологий.