Южнокорейские ученые разработали покрытие из золотых наносфер, которое позволяет солнечным установкам поглощать до 90% энергии света — включая ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны.
В любой момент времени на поверхность Земли попадает около 89 000 тераватт солнечной энергии, однако существующие технологии используют ее не в полном объеме, так как не способны поглощать излучение во всем диапазоне спектра — от ультрафиолета до инфракрасного света.
Солнечное излучение охватывает ультрафиолетовый (50–55%), видимый (40–45%) и инфракрасный (3–5%) диапазоны. Традиционные фотоэлектрические элементы преобразуют в электричество в основном видимый свет и часть ближнего инфракрасного спектра, тогда как концентрированные солнечные системы требуют сложной инфраструктуры и также не обладают идеальным поглощением. Солнечные тепловые коллекторы эффективнее работают с видимым и инфракрасным излучением, но их возможности ограничены свойствами поверхностных покрытий.
Предложенное учеными решение основано на использовании самоорганизующихся золотых наносфер, получивших название плазмонных коллоидных супершаров. Технология заключается в создании коллоидной суспензии с наночастицами золота, которые в растворе самопроизвольно собираются в сферы микрометрового размера. Затем эта жидкость наносится на керамическую поверхность, например, термоэлектрического генератора, формируя текстурированную пленку, способную улавливать солнечный свет.
Эффективность суперсфер объясняется сочетанием двух физических эффектов: локализованных поверхностных плазмонных резонансов на наночастицах и резонансов Ми внутри самих микросфер. Это позволяет захватывать фотоны в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, преобразуя до 90% солнечного спектра в тепло. В ходе экспериментов такое покрытие увеличило выходную мощность устройств почти в 2,4 раза по сравнению с обычными покрытиями из наночастиц.
Технология ориентирована на применение в системах, работающих на солнечной тепловой энергии: термоэлектрических генераторах, солнечно-тепловых коллекторах, а также в гибридных фотоэлектрических и тепловых установках. Главные преимущества метода — простота нанесения, совместимость с существующими коммерческими устройствами и отсутствие необходимости в сложных производственных процессах, что может способствовать более широкому внедрению высокоэффективных солнечных систем.