Специально подобранная смесь красителей выступила в роли великолепного концентратора света, сжимающего его и переправляющего на обычную солнечную батарею совсем небольшой площади. Такого необычного эффекта добилась группа учёных во главе с Марком Бальдо (Marc Baldo) из Массачусетского технологического института (MIT).
О том, что красители могут «впитывать» свет, и что на этом их свойстве можно строить солнечные батареи различных типов, — учёные знают давно. Собственно, такие фотоэлектрические панели существуют и постоянно развиваются (свежий пример — тут). Однако новый подход предполагает применение красителей не для выработки энергии, а в качестве «промежуточного звена», направляющего фотоны на обычную, неорганическую солнечную панель.
Исследователи из MIT нанесли на плоское стекло тонкий слой из нескольких органических красителей, подобрав их таким образом, что возник интересный эффект. Красители поглощали свет и излучали его вновь, но так, что он направлялся в толщу материала и за счёт многократных внутренних отражений добегал до торца стеклянного листа.
Таким образом, стеклянная панель выступала в роли волновода. При этом удалось добиться высокой степени концентрации света: ведь площадь «сбора» излучения Солнца соответствовала площади «окна», а размеры солнечных батарей оказывались в сотни раз меньше.
Авторы работы говорят, что похожие опыты с концентраторами на основе красителей учёные ставили и раньше, но не могли разобраться с рядом проблем, в частности — недолговечностью необходимых красителей и повторным поглощением света ими же, на долгом пути излучения через толщу стеклянного листа.
Бальдо со товарищи решили эти проблемы путём подбора веществ. При этом применённые красители поглощают свет на одной частоте, а излучают — на заметно отличной. Таким способом было исключено повторное поглощение бегущих к краю стекла фотонов (подробности — в статье в Science).
По идеологии это, к слову, очень похоже на голографическую солнечную батарею, но устроено проще и эффективнее.
К тому же этот принцип позволяет строить простые солнечные батареи с расширенным диапазоном воспринимаемых волн. Так, учёные разработали «бутерброд» из двух стёкол, каждое из которых улавливает и концентрирует свет своей частоты. В торцах таких стёкол можно поместить солнечные батареи, рассчитанные на «питание» светом того или иного диапазона.
Этот подход обещает оказаться намного более простым с точки зрения технологии, дешёвым и надёжным, нежели применение в роли концентраторов параболических зеркал или линз (ярчайший представитель последнего типа батарей – новая система, сжимающая свет в 2000 раз).
Особенно ценно, что органические концентраторы получаются из простого плоского листа стекла и прекрасно работают без точной ориентации на Солнце, а значит — не требуют дорогих, способных ломаться систем слежения.
Бальдо и его коллеги основали компанию Covalent Solar, которая должна довести данную технологию до рынка в течение трёх лет.
И хотя в новом концентраторе обратно в воздух убегает 20% «пойманных» стеклом фотонов (в отличие от зеркал, которые направляют на солнечную панель практически весь упавший на них поток), американский экспериментатор уверен, что техника органических плёнок в будущем позволит снизить стоимость солнечного электричества до уровня энергии из угля.
