Исследователи из Массачусетского технологического института сообщили о разработке нового материала, служащего для преобразования энергии падающих на него солнечных лучей в тепло и, в дальнейшем, в электрическую энергию. Но не это самое главное, все дело заключается в том, что эффективность преобразования нового материала практически вплотную приблизилось к теоретическому пределу эффективности, которой обладает некий гипотетический идеальный материал.

Новый материал поглощает свет практически всех длин волн, который излучается Солнцем и достигает поверхности Земли. Но исследователям пришлось искусственно пожертвовать длинноволновым инфракрасным диапазоном, несмотря на то, что в этом диапазоне переносится существенное количество энергии, в обратном случае материал поглотителя при нагреве до определенной температуры сам стал бы терять большое количество энергии, излучая ее в окружающую среду в виде длинноволнового инфракрасного излучения.

Материал, по сути, является своего рода двухмерным металлическо-диэлектрическим фотонным кристаллом, способный эффективно абсорбировать солнечный свет, падающий на поверхность под различными углами. Все фотонные эффекты на поверхности материала реализуются с помощью так называемых оптических нанополостей, которые выступают в роди эффективных ловушек фотонов. Меняя габаритные размеры этих ловушек и порядок их расположения, можно сужать и расширять диапазон длин волн поглощаемого света или смещать весь диапазон полностью в какую-нибудь сторону. Материал выдерживает длительное воздействие высоких температур, а его производство может быть без проблем развернуто в промышленных (рулонных) масштабах.

Материал предназначен для использования в солнечных фототермоэлектрических преобразователях (solar-thermophotovoltaic, STPV) в которых энергия солнечного света сначала преобразуется в тепло, а лишь затем - в электрическую энергию. Максимальная эффективность таких STPV-преобразователей достигается при помощи концентрации отраженного от множества зеркал солнечного света. При этом, температура материала-поглотителя может подниматься очень и очень высоко, но, использование в составе материала металлов с высокой температурой плавления позволяет ему выдерживать без потери своих свойств и деградации структуры воздействие температуры в 1000 градусов по шкале Цельсия непрерывно в течение 24 часов.



Опытные образцы светопоглощающего материала были изготовлены из сплава, содержащего значительное количество рутения, достаточно дорогого металла. Но, "разработанная нами технология достаточно гибка по отношению к используемым материалам" - рассказывает Джеффри Чоу (Jeffrey Chou), один из исследователей, - "В теории мы можем использовать практически любой металл, способный выдержать воздействие столь высокой температуры, к примеру, вольфрам или никель".

Как уже упоминалось выше, новый материал без проблем может производиться при помощи существующих технологий. "Наш материал практически является первым подобным материалом, который может изготавливаться при помощи технологий массового производства" - рассказывает Чоу, - "Его можно производить рулонными нормами точно так же, как производят сейчас рулоны гибких кремниевых солнечных батарей. Нам удалось изготовить ленту такого материала, шириной в 30 сантиметров, в то время, как в предыдущих попытках максимальная ширина изготавливаемой лены не превышала нескольких сантиметров".

Сейчас ученые работают в направлении применения сплава из более дешевых альтернативных металлов для создания светопоглощающего материала. И по их прогнозам, коммерческий продукт на основе такого материала может появиться в течение ближайших трех-пяти лет.