Ученые из Стэнфорда пособный существенно повысить эффективность солнечных панелей теоретически до 80 %. Новый компонент солнечной ячейки предназначен для преобразования солнечного тепла в инфракрасное излучение, которое поглощается солнечной ячейкой и повышает ее мощность.
Обычный солнечный элемент имеет в основе полупроводниковый кремний, который поглощает энергию солнечного света и преобразует ее в электрическую. Но кремниевые полупроводники перерабатывают только инфракрасный свет, а другие волны, в том числе большая часть видимого спектра, тратятся впустую: рассеиваются в виде тепла. Поэтому в теории обычные кремниевые панели могут достигать эффективности около 34 %, но на практике не достигают и этого, поскольку просто отражают и рассеивают энергию солнечного света.
Новая термофотоэлектрическая панель решает эту проблему. Вместо передачи солнечного света непосредственно на солнечный элемент термофотоэлектрическая ячейка имеет промежуточный компонент, который состоит из двух частей: абсорбера (нагревается при воздействии солнечного света) и эмиттера (преобразует тепло в ИК-излучение). Проще говоря, новая ячейка «перекодирует» солнечный свет в излучение с более короткими длинами волн, которые идеально подходят для поглощения солнечной ячейкой. Это позволяет повысить теоретическую эффективность ячейки до 80 %.
К сожалению, до сих пор прототипу термофотоэлектрической солнечной панели было далеко до такой эффективности. В лаборатории она демонстрирует эффективность около 8 %. Низкая производительность в значительной степени связана с недостаточной термостойкостью преобразователя тепла. Эмиттер представляет собой трехмерную вольфрамовую наноструктуру, которая должна работать при температуре выше 1000 °С. Однако в предыдущих экспериментах при данной температуре эмиттер разрушался.
Для решения этой проблемы ученые покрыли эмиттер нанослоем вольфрама и керамическим материалом – диоксидом гафния. В отличие от предыдущих прототипов, которые полностью разрушались при температуре ниже 1200 °С, новый термоэмиттер по меньшей мере 1 ч остается стабильным при температуре до 1400 °С.