Οι ακτίνες του ήλιου περιέχουν πολλή ενέργεια. Αλλά η τρέχουσα τεχνολογία για τη συλλογή ηλιακής ενέργειας δεν συλλέγει όση θα μπορούσε. Τώρα, στο ACS Applied Materials & Interfaces, οι ερευνητές αναφέρουν ότι οι νανοσφαίρες χρυσού, που ονομάζονται supraballs, μπορούν να απορροφήσουν σχεδόν όλα τα μήκη κύματος στο ηλιακό φως - συμπεριλαμβανομένων και ορισμένων που τα παραδοσιακά φωτοβολταϊκά υλικά δεν συλλέγουν. Η εφαρμογή ενός στρώματος supraballs σε έναν εμπορικά διαθέσιμο μετατροπέα ηλεκτρικής ενέργειας έδειξε ότι η τεχνολογία σχεδόν διπλασίασε την απορρόφηση ηλιακής ενέργειας σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά.
Γιατί οι supraballs χρυσού είναι διαφορετικές
Οι επιστήμονες διερευνούν υλικά που απορροφούν φως σε όλο το ηλιακό φάσμα για να βελτιώσουν τη συλλογή ηλιακής ενέργειας. Τα νανοσωματίδια χρυσού και αργύρου (NPs) έχουν προταθεί ως λύση επειδή είναι εύκολα και οικονομικά αποδοτικά στην κατασκευή τους, αλλά η απορρόφηση φωτός των τρεχόντων NPs περιορίζεται στα ορατά μήκη κύματος - ένα κλάσμα του πλήρους ηλιακού φάσματος.
Για να συλλέξουν επιπλέον μήκη κύματος, συμπεριλαμβανομένου του εγγύς υπέρυθρου φωτός, οι Jaewon Lee, Seungwoo Lee και Kyung Hun Rho προτείνουν τη χρήση αυτοσυναρμολογούμενων supraballs χρυσού. Αυτές οι δομές αποτελούνται από νανοσωματίδια χρυσού που συσσωματώνονται και σχηματίζουν μικροσκοπικές σφαίρες. Η διάμετρος των υπερσφαιρών προσαρμόστηκε για να μεγιστοποιηθεί η απορρόφηση των μηκών κύματος που υπάρχουν στο ηλιακό φως.
Από προσομοιώσεις σε φιλμ πραγματικού κόσμου
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αρχικά προσομοιώσεις υπολογιστή για να βελτιστοποιήσουν τον σχεδιασμό μεμονωμένων υπερσφαιρών και να προβλέψουν την απόδοση των φιλμ υπερσφαιρών. Τα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις έδειξαν ότι οι υπερσφαιρές θα πρέπει να απορροφούν περισσότερο από το 90% των μηκών κύματος από το ηλιακό φως.
Στη συνέχεια, δημιούργησαν μια μεμβράνη από χρυσές υπερσφαιρές ξηραίνοντας ένα υγρό διάλυμα που περιείχε τις δομές στην επιφάνεια μιας εμπορικά διαθέσιμης θερμοηλεκτρικής γεννήτριας (TEG), μιας συσκευής που μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι μεμβράνες δημιουργήθηκαν σε συνθήκες περιβάλλοντος δωματίου - δεν απαιτούνται καθαρά δωμάτια ή ακραίες θερμοκρασίες.
Ενίσχυση της ηλιακής απορρόφησης σε δοκιμές
Σε επιδείξεις με έναν ηλιακό προσομοιωτή LED, η TEG με επικάλυψη υπερσφαιρών είχε μέση ηλιακή απορρόφηση περίπου 89%, σχεδόν διπλάσια από αυτή μιας TEG με μια συμβατική μεμβράνη κατασκευασμένη από μεμονωμένα χρυσά νανοσωματίδια (45%).
"Οι πλασμονικές υπερσφαιρές μας προσφέρουν μια απλή οδό για τη συλλογή ολόκληρου του ηλιακού φάσματος", λέει ο Seungwoo Lee. «Τελικά, αυτή η τεχνολογία επίστρωσης θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το φράγμα για ηλιακά θερμικά και φωτοθερμικά συστήματα υψηλής απόδοσης σε εφαρμογές ενέργειας στον πραγματικό κόσμο».
www.worldenergynews.gr
