Czy to koniec paneli fotowoltaicznych? Złote „suprakule” pochłaniają nawet dwa razy więcej energii słonecznej

Promienie słoneczne zawierają mnóstwo energii. Jednak obecna technologia jej pozyskiwania nie wychwytuje jej tak dużo, jak by mogła. To może się wkrótce zmienić: naukowcy stworzyli „suprakule” – rozwiązanie, które osiągnęło niezwykłą skuteczność pochłaniania energii słonecznej. Pobiło na głowę tradycyjne rozwiązania, które znajdują się na dachach wielu polskich domów. I jest tanie.

Jak działają złote „suprakule”?

Suprakule (z ang. supraballs) to samoorganizujące się sferyczne nanostruktury, składające się z setek, a nawet tysięcy złotych nanocząstek o precyzyjnie kontrolowanym rozmiarze. Średnica pojedynczej suprakuli sięga około 2100 nanometrów. Ich innowacyjność polega na zdolności do pochłaniania niemal całego spektrum światła słonecznego, w tym także długości fal z zakresu bliskiej podczerwieni, które są słabo absorbowane przez klasyczne panele fotowoltaiczne.

W tradycyjnych panelach słonecznych, bazujących najczęściej na krzemie lub cienkowarstwowych półprzewodnikach, absorpcja światła ograniczona jest do części widma, głównie w zakresie światła widzialnego. Złote suprakule zostały zaprojektowane tak, aby wykorzystywać efekt plazmoniczny, który znacząco zwiększa efektywność pochłaniania fotonów o różnych energiach.

Plazmony to skorelowane drgania elektronów w materiale przewodzącym, wywołane przez padające światło. Dzięki ich wykorzystaniu suprakule maksymalizują efektywność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną i cieplną.

Rekordowa absorpcja światła i łatwość wdrożenia

Zgodnie z wynikami testów, suprakule osiągają średnią absorpcję światła słonecznego na poziomie około 89%. Dla porównania absorpcja pojedynczych nanocząsteczek złota wynosi zaledwie 45%.

Dodatkową zaletą suprakul jest prostota procesu produkcyjnego. Powłoki z suprakul można nanosić na komercyjnie dostępne generatory termoelektryczne w warunkach pokojowych, bez konieczności stosowania zaawansowanych technologii czy wysokich temperatur. To czyni tę metodę nie tylko efektywną, ale także potencjalnie tanim rozwiązaniem dla przyszłych zastosowań przemysłowych.

Czy to energetyczny przełom?

Opracowana przez Jaewona Lee, Seungwoo Lee i Kyunga Hun Rho technologia może sprawić, że wysokowydajne systemy solarne i fototermiczne staną się zdecydowanie bardziej dostępne. Dzięki taniej metodzie produkcji i imponującej skuteczności może być przyszłością nie tylko dla przemysłowych elektrowni, ale także instalacji domowych. Czy to przyszłość czystej energii?

W przeciwieństwie do wielu innowacji wymagających budowy całkowicie nowych instalacji, suprakule można zastosować jako powłokę na już istniejące panele fotowoltaiczne.

Nowoczesne materiały powstają także w Europie

Rozwój suprakul wpisuje się w szerszy nurt badań nad nanomateriałami o ekstremalnych właściwościach pochłaniania światła. Naukowcy z Hiszpanii opracowali ultraczarny materiał, który absorbuje aż 99,5% promieniowania słonecznego. Składa się on z nanorurek węglowych oraz tzw. czarnego krzemu, charakteryzującego się wysoką stabilnością termiczną. Tego typu materiały mają ogromny potencjał w zastosowaniach wymagających maksymalnego pochłaniania energii, np. w wieżach słonecznych, gdzie promienie słoneczne są skupiane na niewielkim obszarze.

Źródło: ACS Applied Materials & Interfaces

Nasz autor

Jonasz Przybył

Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.