Исследователи из Корейского университета разработали новый дизайн наноматериала с использованием самособирающихся золотых наносфер, который значительно улучшает поглощение солнечной энергии. Этот прорыв решает ключевую задачу в области возобновляемой энергетики: захват всего спектра солнечного света, включая длины волн за пределами видимого диапазона.
Проблема поглощения солнечного спектра
Современные солнечные технологии испытывают трудности с эффективным поглощением всего диапазона солнечного излучения. Хотя материалы, такие как золотые и серебряные наночастицы, кажутся перспективными, их поглощение обычно ограничено видимыми длинами волн. Захват ближнего инфракрасного света, который составляет значительную часть солнечного света, остаётся сложной задачей. Это критически важно, поскольку более широкий спектр поглощения напрямую приводит к повышению эффективности преобразования энергии.
Решение: Самособирающиеся золотые супрашары
Команда Корейского университета под руководством Сынву Ли решила эту проблему, спроектировав «супрашары» — скопления золотых наночастиц, которые спонтанно собираются в крошечные сферы. Тщательно регулируя диаметр этих супрашаров, они максимизировали поглощение в более широком диапазоне длин волн.
Моделирование и изготовление
Исследователи сначала использовали компьютерное моделирование для оптимизации конструкции супрашаров, предсказав эффективность поглощения более 90%. Затем они создали плёнку из этих супрашаров, высушив жидкий раствор на термоэлектрическом генераторе — устройстве, которое непосредственно преобразует свет в электричество. Примечательно, что процесс не требует специализированных условий чистоты или экстремальных температур, что делает его масштабируемым.
Результаты испытаний
Тестирование с использованием светодиодного солнечного симулятора показало, что генератор с покрытием из супрашаров поглощает примерно 89% солнечного света — почти вдвое больше, чем скорость поглощения (45%) аналогичного устройства, использующего обычные золотые наночастицы.
«Наши плазмонные супрашары предлагают простой способ использования всего солнечного спектра,» — объясняет доктор Ли.
Последствия для возобновляемой энергетики
Эта технология может резко снизить стоимость и повысить эффективность солнечных тепловых и фототермических систем. Простота изготовления делает её потенциально пригодной для крупномасштабного внедрения. Главное преимущество заключается в том, что этот подход может сделать высокоэффективную солнечную энергию более доступной, ускоряя переход к возобновляемым источникам.
Исследование было опубликовано в ACS Applied Materials & Interfaces.
https://doi.org/10.1021/acsami.5c23149
Эта разработка представляет собой значительный шаг на пути к более эффективному и доступному сбору солнечной энергии, потенциально открывая новое поколение возобновляемых технологий.
