Naukowcy z Uniwersytetu Koreańskiego opracowali nowy projekt nanomateriału wykorzystujący samoorganizujące się złote nanosfery, który znacznie poprawia absorpcję energii słonecznej. To przełomowe rozwiązanie rozwiązuje kluczowe wyzwanie w dziedzinie energii odnawialnej: przechwytywanie pełnego spektrum światła słonecznego, w tym długości fal wykraczających poza zakres widzialny.
Problem absorpcji widma słonecznego
Obecne technologie słoneczne mają trudności ze skutecznym pochłanianiem pełnego zakresu promieniowania słonecznego. Chociaż materiały takie jak nanocząstki złota i srebra wydają się obiecujące, ich absorpcja jest zwykle ograniczona do widzialnych długości fal. Uchwycenie światła bliskiej podczerwieni, które stanowi znaczną część światła słonecznego, pozostaje wyzwaniem. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ szersze spektrum absorpcji bezpośrednio prowadzi do zwiększonej efektywności konwersji energii.
Rozwiązanie: Samoorganizujące się złote suprashary
Zespół z Uniwersytetu Koreańskiego kierowany przez Seungwoo Lee rozwiązał ten problem, projektując „supraballe” – skupiska nanocząstek złota, które spontanicznie łączą się w maleńkie kulki. Dzięki dokładnemu dostosowaniu średnicy tych suprasferów zmaksymalizowano absorpcję w szerszym zakresie długości fal.
Modelowanie i produkcja
Naukowcy najpierw wykorzystali modelowanie komputerowe, aby zoptymalizować konstrukcję suprasballi, przewidując skuteczność absorpcji na poziomie ponad 90%. Następnie utworzyli warstwę tych suprasferów, susząc płynny roztwór na generatorze termoelektrycznym – urządzeniu, które bezpośrednio przekształca światło w energię elektryczną. Warto zauważyć, że proces nie wymaga specjalistycznych warunków czystości ani ekstremalnych temperatur, dzięki czemu jest skalowalny.
Wyniki testu
Testy z wykorzystaniem symulatora słonecznego LED wykazały, że generator pokryty suprasferą pochłonął około 89% światła słonecznego — prawie dwukrotnie szybciej (45%) niż podobne urządzenie wykorzystujące konwencjonalne nanocząsteczki złota.
„Nasze suprasfery plazmoniczne oferują prosty sposób wykorzystania całego widma słonecznego” – wyjaśnia dr Lee.
Konsekwencje dla energii odnawialnej
Technologia ta może radykalnie obniżyć koszty i poprawić wydajność systemów solarnych i fototermicznych. Łatwość produkcji sprawia, że potencjalnie nadaje się do wdrożenia na dużą skalę. Główną korzyścią jest to, że takie podejście może sprawić, że wysoce wydajna energia słoneczna stanie się bardziej przystępna cenowo, przyspieszając przejście na źródła odnawialne.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces.
https://doi.org/10.1021/acsami.5c23149
Rozwój ten stanowi znaczący krok w kierunku bardziej wydajnego i niedrogiego pozyskiwania energii słonecznej, potencjalnie zapoczątkowując nową generację technologii odnawialnych.
