Большинство солнечных батарей, используемых в домах и промышленности, сделано, используя толстые слои материала, чтобы поглотить солнечный свет, но было ограничено в прошлом относительно высокой стоимостью. Много новых более дешевых проектов ограничены, поскольку их слой легко абсорбирующего материала слишком тонкий, чтобы извлечь достаточно энергии.
В новом исследовании ученые продемонстрировали, что эффективность всех проектов солнечной батареи могла быть повышена максимум на 22 процента, покрыв их поверхность с алюминиевыми жеребцами, которые сгибают и заманивают свет в ловушку в абсорбирующем слое.На микроскопическом уровне жеребцы заставляют солнечные батареи выглядеть подобными блокировке строительные кирпичи LEGO, играемые с детьми во всем мире.Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports ученых из Имперского колледжа Лондона и международных сотрудников в Бельгии, Китае и Японии.
«В последние годы и эффективность и стоимость коммерческих солнечных батарей улучшились, но они остаются дорогими по сравнению с ископаемым топливом. Поскольку один только абсорбирующий материал может составить половину стоимости солнечной батареи, наша цель состояла в том, чтобы уменьшить до минимума сумму, которая необходима», сказал ведущий автор доктор Николас Хилтон от Отдела Физики в Имперском колледже Лондона.«Успех нашей технологии, в сочетании с современными антиотражающими покрытиями, возьмет нас длинный путь вниз путь к очень эффективным и тонким солнечным батареям, которые могли быть доступными по конкурентоспособной цене».
Доктор Хилтон и его коллеги приложили ряды алюминиевых цилиндров всего 100 нанометров через к вершине солнечной батареи, где они взаимодействуют с мимолетным светом, заставляя отдельные световые лучи изменить курс. Больше энергии извлечено из света, поскольку лучи становятся эффективно пойманными в ловушку в солнечной батарее и едут для более долгих расстояний через ее абсорбирующий слой.
В прошлых ученых попытались достигнуть легкого эффекта изгиба, используя серебряных и золотых жеребцов, потому что те материалы, как известно, сильно взаимодействуют со светом, однако эти драгоценные металлы на самом деле уменьшают эффективность, поскольку они поглощают часть света, прежде чем это войдет в солнечную батарею.«Ключ к пониманию этих новых результатов находится в способе, которым внутренние структуры этих металлов взаимодействуют со светом. Золото и серебро оба имеют сильный эффект на прохождение световых лучей, которые могут проникнуть в крошечных жеребцов и быть поглощены, тогда как алюминий имеет различное взаимодействие и просто сгибает и рассеивает свет, когда это едет мимо них в солнечные батареи».Дополнительное преимущество для этого решения состоит в том, что алюминий более дешевый и намного более в изобилии, чем серебро и золото.
Будущий успех этой технологии открывает возможность создания гибких солнечных батарей, которые могли быть применены к любой плоской или кривой поверхности, которая могла использоваться, чтобы привести все в действие от бытовых электроприборов до портативной электроники как ноутбуки.