Около 173 000 теравата слънчева енергия достигат земната повърхност всяка секунда. Каква част от това успяваме да превърнем в ползваемо електричество? Въпреки значителния напредък в събирането на слънчева енергия, съществуващите технологии не улавят пълния потенциал на целия слънчев спектър. Корейски учени, които не можаха да се помирят с този факт, изобретиха „супратопки“, които успяват да „глътнат“ 90% от слънчевия спектър.
Екип от изследователи от Висшето училище за конвергентна наука и технологии KU-KIST в Сеул съобщи за нов начин за абсорбиране на почти пълния използваем слънчев спектър в термични устройства, използвайки самосглобяващи се златни наносфери, наречени „плазмонни колоидни супрасфери“.
Слънчевата радиация обхваща ултравиолетовите (50-55%), видимите (40-45%) и инфрачервените (3-5%) дължини на вълните. Фотоволтаичните клетки преобразуват предимно видимата светлина и част от спектъра, близък до инфрачервената светлина. Голяма част от останалата енергия си остава неизползвана.
Концентриращите слънчеви системи събират по-широки дължини на вълните, използвайки огледала, но пък изискват мащабна инфраструктура и все още зависят от материали, които не са перфектно абсорбиращи.
Фотоволтаично-термалните колектори абсорбират видимата и инфрачервената светлина сравнително добре, но и тяхната ефективност е ограничена заради повърхностните покрития.
Тук се намесват плазмонните супрасфери. Новата технология започва като колоидна суспензия от златни наночастици, които се самосглобяват в микрометрични сфери в разтвор. Хиляди наночастици се групират заедно, за да образуват „супрасфери“. После течността се излива върху керамичната повърхност на термоелектрически генератор, образувайки плътен, текстуриран филм, който ефективно улавя слънчевата светлина.
Вече съществуват конвенционални филми от златни наночастици и диелектрични абсорбиращи покрития, които могат да увеличат абсорбцията на светлина в специфични диапазони на дължините на вълните и да намалят повторното излъчване на топлина. Те обаче често страдат от ограничена инфрачервена абсорбция, ъглова чувствителност, високи производствени разходи и термично разграждане.
Плазмоничните супрасфери на корейските учени работят по различен начин. Те улавят фотони в UV, видимия и близкия инфрачервен спектър, превръщайки голяма част от енергия в топлина. Това води до ~90% абсорбция в целия слънчев спектър.
Учените посочват, че това означава значително подобряване на улавянето на топлинна енергия и създаване на по-силен температурен градиент, който в крайна сметка генерира почти 2,4 пъти по-голяма мощност от конвенционалните покрития от наночастици.
Технологията на плазмонните супрасфери е предназначена предимно за термични слънчеви системи, като термоелектрически слънчеви генератори (TEG системи), слънчево-термални колектори и системи за управление на топлината и пасивно отопление.
Супрасферите биха могли да играят роля и в хибридни фотоволтаични (PVT) системи, където видимата светлина се преобразува в електричество от фотоволтаични клетки, а останалите дължини на вълните се събират като топлина.
„Нашите плазмонични супрасфери предлагат лесен начин за събиране на целия слънчев спектър“, казва водещият автор на изследването Сеунгву Лий. „В крайна сметка тази технология за покритие би могла значително да намали бариерата за високоефективни слънчево-термални и фототермични системи в реални енергийни приложения“.
Освен производителността, предимство на технологията е и нейната практичност. Супрасферите предполагат лесно производство и приложение чрез обработка в разтвор. Освен това технологията е съвместима със съществуващи, търговски достъпни устройства.
