Американские исследователи из Рочестерского университета использовали черный металл в новой конструкции солнечных термоэлектрических генераторов.
Эти генераторы, известные также как STEG, превращают различные виды тепловой энергии в электричество. Однако технические ограничения значительно ограничивали их потенциал. Выходная мощность преобразует в электричество только 1% солнечного света — посредственный показатель по сравнению с примерно 20% для бытовых солнечных панелей. Новая конструкция обходит ограничения, обеспечивая точное управление каждым слоем. Некоторые из слоев созданы из черного металла.
Обычно генераторы STEG имеют «горячую» и «холодную» стороны, сжатые между полупроводниковыми материалами, и разница температур между сторонами генерирует электричество за счет эффекта Зеебека — явления возникновения электродвижущей силы между двумя контактами разных проводников, находящихся при разной температуре. Десятилетиями основное внимание уделялось совершенствованию полупроводниковых материалов для лучшего контроля разницы температур.
Однако, как утверждает старший автор исследования и материаловед из Рочестерского университета Чуньлей Го, такой подход имеет определенные ограничения, поэтому он исследовал другие материалы. Созданная им конструкция базируется на трех стратегиях производства, активно использующих лазеры.
Команда исследователей под руководством Чуньлея Го проводила обработку вольфрама фемтосекундными лазерными импульсами — ультракороткими лучами, воздействующими на металл с интервалом в одну квадриллионную секунды — чтобы превратить его в черный металл. Материал был разработан таким образом, что он оптимизирует поглощение солнечного света, минимизируя нежелательные тепловые потери.
Сверхбыстрые лазерные импульсы вытравливают наноструктуры на металлических поверхностях, создавая высокоэффективные STEG/University of Rochester/J. Adam Fenster
Они покрыли обработанный вольфрам куском пластика, создав «мини-теплицу», которая максимально увеличила способность горячей стороны удерживать тепло. Команда снова использовала фемтосекундные лазеры для изготовления специального алюминиевого радиатора. Исследователи объяснили, что эти наноструктуры удвоили эффективность охлаждения холодной стороны.
Для проверки собственной разработки ученые провели эксперимент, в котором протестировали систему терморегуляции, зажигая светодиоды. Как и ожидалось, их установка позволила STEG полностью питать светодиод на максимальной яркости при значительно более низких уровнях освещенности.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Light: Science & Applications
Источник: Gizmodo
