อนุภาคนาโนประกอบตัวเองเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์

เทคโนโลยีนี้เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานความร้อน แต่เป็นการท้าทายที่จะยับยั้งการกระจายพลังงานในขณะที่ยังคงรักษาการดูดซึมไว้สูง เครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ซึ่งอาศัยวิศวกรรมไมโครหรือนาโนไม่มีความสามารถในการปรับขนาดและความยืดหยุ่นเพียงพอ และจะต้องใช้กลยุทธ์ใหม่ในการจับแสงจากแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง ในขณะเดียวกันก็ลดความซับซ้อนในการผลิตและลดต้นทุน ในAPL Photonicsจาก AIP Publishing นักวิจัยจาก Harbin University, Zhejiang University, Changchun Institute of Optics และ National University of Singapore ได้ออกแบบเครื่องเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมความสามารถในการแปลงพลังงานที่เพิ่มขึ้น อุปกรณ์นี้ใช้รูปแบบกึ่งคาบระยะนาโน พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่เป็นรูปแบบที่สลับกันและสอดคล้องกัน ในขณะที่ส่วนที่เหลือมีข้อบกพร่องแบบสุ่ม (ไม่เหมือนกับโครงสร้างที่ทำจากนาโน) ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน ในความเป็นจริง การลดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับระยะเวลาของโครงสร้างจะเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดของอุปกรณ์ได้อย่างมาก กระบวนการผลิตใช้ประโยชน์จากอนุภาคนาโนที่ประกอบขึ้นเอง ซึ่งก่อตัวเป็นโครงสร้างวัสดุที่มีการจัดระเบียบตามปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคในบริเวณใกล้เคียงโดยไม่มีคำแนะนำจากภายนอก พลังงานความร้อนที่อุปกรณ์ได้รับสามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าโดยใช้วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก "พลังงานแสงอาทิตย์ถูกถ่ายโอนเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในช่วงความถี่กว้าง" ผู้เขียน Ying Li จากมหาวิทยาลัยเจ้อเจียงกล่าว "เครื่องเก็บเกี่ยวความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ดีควรสามารถดูดซับคลื่นและรับความร้อนได้ ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อน กระบวนการนี้ต้องการการดูดซับสูง (100% สมบูรณ์แบบ) และเครื่องเก็บเกี่ยวแสงอาทิตย์ควรยับยั้งการแผ่รังสีความร้อนด้วย รักษาพลังงานความร้อนซึ่งต้องการการแผ่รังสีความร้อนต่ำ (ศูนย์หมายถึงไม่มีการแผ่รังสี)" เพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ เครื่องเก็บเกี่ยวมักเป็นระบบที่มีโครงสร้างนาโนโฟโตนิกเป็นระยะๆ แต่ความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับขนาดของโมดูลเหล่านี้อาจมีข้อจำกัดเนื่องจากรูปแบบที่เข้มงวดและต้นทุนการผลิตที่สูง "ไม่เหมือนกับกลยุทธ์ก่อนหน้านี้ โครงสร้างนาโนโฟโตนิกกึ่งคาบระยะของเราประกอบขึ้นเองด้วยอนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ (Fe 3 O 4 ) แทนที่จะเป็นโครงสร้างนาโนที่ยุ่งยากและมีราคาแพง" หลี่กล่าว โครงสร้างนาโนโฟโตนิกกึ่งคาบระยะทำให้ได้รับค่าการดูดกลืนแสงสูง (มากกว่า 94%) ลดการแผ่รังสีความร้อน (น้อยกว่า 0.2) และภายใต้แสงสว่างจากแสงอาทิตย์ตามธรรมชาติ ตัวดูดซับมีอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีนัยสำคัญ (มากกว่า 80 องศาเซลเซียส) ทีมงานสร้างเครื่องเก็บเกี่ยวแบบเทอร์โมอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์แบบระนาบระนาบที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้าที่ยั่งยืนอย่างมีนัยสำคัญที่มากกว่า 20 มิลลิโวลต์ต่อตารางเซนติเมตร พวกเขาคาดว่าจะให้พลังงานแก่ไดโอดเปล่งแสง 20 ดวงต่อตารางเมตรของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ กลยุทธ์นี้สามารถรองรับการใช้งานความหนาแน่นพลังงานต่ำสำหรับวิศวกรรมการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ที่ยืดหยุ่นและปรับขนาดได้มากขึ้น "เราหวังว่าโครงสร้างนาโนโฟโตนิกกึ่งคาบระยะของเราจะสร้างแรงบันดาลใจให้กับงานอื่นๆ" หลี่กล่าว "โครงสร้างอเนกประสงค์สูงนี้และการวิจัยพื้นฐานของเราสามารถใช้ในการสำรวจขีดจำกัดสูงสุดของการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ เช่น เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นที่ปรับขนาดได้ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบผู้ช่วยการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของสถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์"