Американські дослідники з Рочестерського університету використали чорний метал у новій конструкції сонячних термоелектричних генераторів.

Ці генератори, відомі також як STEG, перетворюють різні види теплової енергії на електрику. Однак технічні обмеження значно обмежували їхній потенціал. Вихідна потужність перетворює на електрику лише 1% сонячного світла — посередній показник порівняно з приблизно 20% для побутових сонячних панелей. Нова конструкція обходить обмеження, забезпечуючи точне керування кожним шаром пристрою. Деякі з шарів створені з чорного металу. 

Зазвичай генератори STEG мають “гарячий” та “холодний” боки, стиснуті між напівпровідниковими матеріалами, а різниця температур між сторонами генерує електрику за рахунок ефекта Зеєбека — явища виникнення електрорушійної сили між двома контактами різних провідників, які перебувають при різній температурі. Десятиліттями основна увага приділялася вдосконаленню напівпровідникових матеріалів для кращого контролю різниці температур.

Однак, як стверджує старший автор дослідження та матеріалознавець з Рочестерського університету Чуньлей Го, такий підхід має певні обмеження, тому він досліджував інші матеріали. Створена ним конструкція базується на трьох стратегіях виробництва, які активно використовують лазери. 

Команда дослідників під керівництвом Чуньлея Го проводила обробку вольфраму фемтосекундними лазерними імпульсами — ультракороткими променями, що впливають на метал з інтервалом в одну квадрильйонну секунду — щоб перетворити його на чорний метал. Матеріал був розроблений таким чином, що він оптимізує поглинання сонячного світла, мінімізуючи небажані теплові втрати. 

Вони вкрили оброблений вольфрам шматком пластику, створивши “міні-теплицю”, яка максимально збільшила здатність гарячої сторони утримувати тепло. Команда знову використовувала фемтосекундні лазери для виготовлення спеціального алюмінієвого радіатора. Дослідники пояснили, що ці наноструктури подвоїли ефективність охолодження холодної сторони.

Для перевірки власної розробки науковці провели експеримент, у якому протестували систему терморегуляції, запалюючи світлодіоди. Як і очікувалося, їх встановлення дозволило STEG повністю живити світлодіод на максимальній яскравості при значно нижчих рівнях освітленості.

Результати дослідження були опубліковані у журналі Light: Science & Applications

Джерело: Gizmodo