Солнечная энергетика на наноантеннах стала ближе

Солнечная энергетика на наноантеннах стала ближе

Брайан Уиллис (Brian Willis, на фото) из Коннектикутского университета (США) применил атомно-слоевое осаждение для создания массива выпрямляющих наноантенн, точнее — ректенн, предназначенных для давно теоретически обсуждавшихся «солнечных батарей высокой эффективности».

Напомним, что КПД солнечных кремниевых батарей не может быть выше 33% даже теоретически. Наноантенны же, как считается, способны иметь эффективность в 70–80%, причём при меньшей стоимости. Вот только долгие годы все эти преимущества были лишь на словах.

Образец массива наноантенн, созданных по новой технологии (здесь и ниже иллюстрации Brian Willis, Sean Flynn / UConn Photo).

Наноантенна — это коллектор электромагнитного излучения, предназначенный для поглощения энергии определённой длины волны, пропорциональной размеру наноантенны. Резонансная частота антенны (частота, на которой система обладает самой высокой эффективностью) растёт с её физическими размерами в соответствии с теорией антенн СВЧ. Поэтому, чтобы выпрямляющая антенна была эффективна, она должна иметь элементы размером порядка сотен нанометров. И тут начинаются сложности.

Нынешние экспериментальные наноантенны производятся по методу электронно-лучевой литографии, требующейся для создания туннельных диодов на основе переходов металл — диэлектрик — металл. Это медленный и дорогой процесс, при котором невозможна параллельная обработка. В исследовательских целях он ещё годится, поскольку обеспечивает необходимое чрезвычайно точное разрешение, жизненно важное для эффективности наноантенн. Однако даже с помощью такого дорогого метода добиться точности в 1-2 нм не удаётся, а без этого максимальной теоретической эффективности ректеннам не видать. А вот что делать в массовом производстве?

Брайан Уиллис предложил использовать (сразу же после нарезки электродов наноантенн электронно-лучевой пушкой) покрытие обоих электродов атомами меди именно при помощи атомно-слоевого осаждения (АСО). При этом точность начальной операции электронно-лучевой литографии может быть всего 10-20 нм. Потом АСО доведёт расстояние между электродами до необходимых 1,5 нм.

В ректенне зазор между электродами должен быть минимальным, но раньше добиться нанометровых зазоров при разумных затратах не удавалось. Всё изменилось? Посмотрим.

При столь малом расстоянии возникает туннельный переход, позволяющий электронам проскочить между двумя электродами и быть использованными для генерации постоянного тока.

«До этого... было невозможно изготавливать практичные и воспроизводимые массивы ректенн, способных использовать солнечный свет от инфракрасного до видимого диапазона», — подчёркивает Дарин Циммерман (Darin Zimmerman), физик из Университета штата Пенсильвания (США).

«У нас уже есть первая версия такого устройства, — говорит г-н Уиллис. — Сейчас мы изучаем возможность модифицирования ректенн для лучшей частотной подстройки».

Итак, если нечто подобное удастся, солнечную энергетику может ждать резкий рывок: материалы, идущие на создание наноантенн, стоят всего $5–11 (последняя цифра — для золотых наноантенн) за квадратный метр, а в случае кремниевых фотоэлементов эта цифра приближается к $400, где не менее $200 приходится на кристаллический кремний.

Подготовлено по материалам Коннектикутского университета.

Источник: science.compulenta.ru

Похожие новости:
Представлена сочетающая ветряную и солнечную энергию российская установка
Российские изобретатели Валерий Перевалов и Леонид Примак провели на международном Конгрессе REENCON-ХХІ «Возобновляемая энергетика XXI век: энергетическая и экономическая эффективность» презентацию разработки «П2-ротор», которая объединяет ветроротор и солнечную панель и использует их совместную работу для повышения уровня эффективности ..
2016-10-18 13886 0 Технология
0
Ускоритель частиц испытали как аннигилятор радиоактивных отходов
Европейская исследовательская команда сделала на этой неделе важный шаг на пути к разработке технологий утилизации высокорадиоактивных и долгоживущих ядерных отходов с применением необычной комбинации ядерного реактора и ускорителя частиц. Вчера команда сообщила об успешном испытании исследовательского реактора Гиневра ..
2012-01-23 2059 0 Технология
0
Коста-Рика 75 дней получает только зеленую энергию
Некоторые страны продвинулись в вопросе использования возобновляемых источников энергии дальше, чем другие. К примеру, Коста-Рика уже 75 дней использует только «зеленую» энергию, получаемую из возобновляемых источников.  Это стало возможным благодаря большому количеству осадков, в результате чего ГЭС страны работают ..
2015-04-01 1766 0 Технология
0
Росатом к 2015 году подготовит образцы сверхпроводников
Госкорпорация "Росатом" к 2015 году планирует завершить проект "Инновационная энергетика.Сверхпроводниковая индустрия", в результате реализации которого будут созданы опытные образцы оборудования с использованием новых технологий. "Мы ожидаем, что к 2015 году мы создадим абсолютно по всем направлениям опытные образцы, ..
2012-09-25 1695 0 Технология
0
Использование атомной энергии к 2030 году вырастет на 100%
Генеральный директор Международного агентства по атомной энергии Юкия Амано заявил, что при благоприятном стечении обстоятельств к 2030 году использование атомной энергии в мире вырастет в два раза. Юкия Амано побывал с официальным визитом в Москве, где встретился со студентами МГИМО, ознакомился с работой ..
2013-05-21 1406 0 Технология
0
Искусственный фотосинтез стал эффективным
На химфаке Королевского технического института в Швеции сумели создать искусственный механизм фотосинтеза, который по скорости химической реакции не уступает фотосинтезу растений. По словам самих исследователей, это открывает новые перспективы в альтернативной энергетике. Раньше многие пытались воспроизвести часть ..
2012-04-13 3888 0 Технология
0
ООН вновь призывает истользовать ВИЭ
Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун призвал участников встречи по возобновляемым источникам энергии обеспечить всех жителей Земли чистой энергией будущего, подчеркнув преимущества возобновляемых источников энергии для общин, экономического роста и планеты в целом. "Сейчас более чем когда-либо мир нуждается в смелом лидерстве ..
2012-01-20 1450 0 Технология
0
Будущее альтернативной электроэнергетики
По мнение экспертов, слово «альтернативный» в отношении солнечной и ветровой электроэнергетики вскоре должно исчезнуть. И с 2013 года энергия возобновляемых источников энергии станет более «привычной». Ветровые электростанции уже обеспечивают 2% электроэнергии в мире, и их способность удваивается каждые три года. Если этот ..
2013-06-2 3318 0 Технология
0
Водородная энергетика в сфере интересов Росатома
Стратегию развития энергетического бизнеса атомной отрасли России планируется окончательно детализировать в 2012 году, сообщил журналистам генеральный директор концерна “Росэнергоатом” Владимир Романов. Документ был утвержден правлением Росатома в начале декабря 2011 года. “У руководства Росатома есть ..
2012-01-18 1664 0 Технология
0
Солнечная энергия становится дешевле угольной
Согласно Соглашению о приобретении электроэнергии, заключённым между El Paso Electric Company и First Solar, электричество, добытое тонкоплёночными фоточувствительными элементами, будет продаваться компании El Paso Electric Company за 5,8 центов за киловатт-час (кВт-час). Это на 4-8 цента дешевле, чем угольная энергия, стоимость ..
2013-02-11 1859 0 Технология
0
4 революционные технологии в энергетике
Мировая энергетика уже никогда не будет прежней: все изменила сланцевая революция. В этом уверены аналитики Goldman Sachs. Они выбрали наиболее привлекательные для инвестиций тренды в энергетике, и сланец расположился на почетном первом месте. Предлагаем вашему вниманию список: 1. Сланцевая революция Мир ..
2014-04-11 2259 0 Технология
0
Названа дата премьеры летающего скейтборда Lexus
Компания Lexus сообщила, что премьера разработанного ею летающего скейтборда намечена на 5 августа. Анонс сделали в новом ролике с демонстрацией устройства, видео разместили на официальном канале Lexus в YouTube. Устройство напоминает ховерборд — доску, показанную в кинофильме «Назад в будущее 2». В отличие от предпринимавшихся ..
2015-07-30 4675 0 Технология
0
Фотовольтаика: итоги 2011 года
По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA), в 2011 году в мире было подключено 27,7 ГВт новых солнечных станций. Этот показатель на две трети превышает уровень 2010 года, когда в мире было установлено 16,6 ГВт станций. Здесь стоит ..
2012-01-26 2510 0 Технология
0
Разработана дешевая система получения водородного топлива
Швейцарские ученые представили очень дешевую и обладающую наибольшим на сегодняшний день КПД преобразования (12,3 процента) систему получения водородного топлива. Новое устройство искусственного фотосинтеза разлагает воду за счет энергии Солнца. Оно включает два солнечных фотоэлемента из перовскита и катализатора ..
2014-09-27 2274 0 Технология
0
Биотопливо будут делать из старых газет
Проблема переработки макулатуры современной промышленностью решена уже достаточно давно. Однако американские ученые из университета Тулейн нашли возможность использовать этот источник вторсырья еще и в интересах автомобильной промышленности. Группа исследователей университета Тулейн, что в Новом Орлеане, обнаружила в старых ..
2014-08-24 1881 0 Технология
0