Квантовые точки позволяют улучшить солнечные концентраторы
 Созданный учеными люминесцентный солнечный концентратор. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Люминесцентный солнечный концентратор (luminescent solar concentrator, LSC) представляет собой устройство, которое содержит тонкий лист некоторого материала (обычно – полимера, к примеру, полиметилметакрилата, легированного при помощи люминесцентных объектов – органических красителей, квантовых точек или редкоземельных комплексов), который поглощает свет на большой площади. Концентратор переизлучает поглощенный свет (на другой длине волны), направляя световой поток на фотоэлектрические элементы, установленные по краям материала. Эти элементы преобразуют направленный свет в электричество.
Люминесцентные солнечные концентраторы могут заменить обычные солнечные батареи в виде классических плоских фотоэлектрических панелей, снизив стоимость преобразования энергии. Важно также, что LSC может поглощать не только прямой солнечный свет, но и рассеянные на других объектах лучи. А это значит, что концентратору совершенно не обязательно следовать за положением Солнца на небе.
Хотя исследователи работают над концепцией люминесцентных солнечных концентраторов с 1970 года, эти устройства пока еще не достаточно эффективны, чтобы использоваться в реальных приложениях. Их главный недостаток проявляется в поглощении одними люминесцентными объектами света, излучаемого другими центрами люминесценции. Из-за этого большая часть переизлученной энергии просто не достигает краев материала, т.е. не преобразуется в электричество.
Группа ученых из University of Washington и Western Washington University (США) предложила легировать полимерный материал в люминесцентных солнечных концентраторах специальными квантовыми точками, отличающимися нулевым «самопоглощением». Как считают исследователи, их схема может стать одним из путей преодоления старой фундаментальной проблемы.
Квантовые точки, использовавшиеся в рамках эксперимента для легирования материала, поглощают высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение и переизлучают волну с меньшей энергией (причем, эта энергия слишком низка, чтобы лучи могли повторно поглотить соседние квантовые точки внутри концентратора). Таким образом, свет может достичь краев устройства. Иными словами, новые люминесцентные концентраторы действительно более эффективно собирают солнечную энергию. В рамках эксперимента рассматривались коллоидные полупроводниковые нанокристаллы из селенида цинка, содержащие небольшое количество ионов люминесцентного марганца.
Стоит отметить, что техника, использовавшаяся для производства кристаллов, легко масштабируется на коммерческие объемы. Впоследствии произведенные квантовые точки распределялись внутри акрилового полимерного слоя на поверхности обычного стекла. Созданное таким образом устройство, как было отмечено выше, может эффективно концентрировать свет. Это означает, что для производства того же количества энергии необходимо гораздо меньше солнечных элементов (по сравнению со старыми люминесцентными солнечными концентраторами). Для концентратора большой площади, площадь фотоэлементов может быть в 15 раз меньше, чем обычно. Это сделает подобные преобразователи энергии более дешевыми в производстве.
Концентратор работает одинаково хорошо не только с прямым, но и с рассеянным или зеркально отраженным светом, что делает устройство идеальным для применения в городах или относительно пасмурных регионах. Поскольку концентратор прозрачен для видимого света, исследователи предположили, что он может использоваться в качестве оконного стекла. Такое «умное» окно будет собирать солнечный свет, который затем с помощью фотогальванических элементов, находящихся в оконной раме, будет преобразовываться в электричество.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Nano.
Также по теме:
- Нобелевская премия по Физике в 2012 году вручена за работы, открывшие путь к квантовому компьютеру
- Продолжается усложнение квантовых цепей
- Наночастицы демонстрируют свой истинный цвет
- Ученые из США отчитались о создании памяти для квантового компьютера
- Создан источник фотонов для квантовых компьютеров
Источники: