Оптичен метаматериал блокира и насочва светлината от всяка посока: Пробив за фотоволтаичните клетки
Източник: Science News / Optics Lab
Екип от физици в Европа и САЩ разработи първия по рода си всепосочен оптичен филтър и абсорбатор, базиран на авангардни материали с наномащабна архитектура [1]. Новият метаматериал решава фундаменталното физическо ограничение на традиционните оптични слоеве, които функционират ефективно само при лъчи, падащи перпендикулярно, откривайки пътя към ново поколение високоефективна слънчева енергия.
Физическият механизъм: Фотонни кристали с пространствена дисперсия
Конвенционалните антирефлексни и абсорбиращи покрития използват интерференция на тънки филми, която се нарушава веднага щом ъгълът на падане на лъча се промени (ъглова дисперсия). В реални условия слънчевите панели губят до 30% от потенциала си рано сутрин и късно следобед, когато лъчите падат под остър ъгъл.
Разработеният метаматериал съдържа периодични субмикронни колони от титанов диоксид и силициев карбид, които „улавят“ фотоните в резонансни капани независимо от ъгъла им на навлизане.
Приложение във фотоволтаиците и термосоларните инсталации
Внедряването на този нанослой върху стандартни силициеви и перовскитни клетки премахва нуждата от скъпи и механично ненадеждни механични системи за следене на слънцето (solar trackers).
Панел със статичен монтаж, снабден с новото покритие, демонстрира непрекъснато високо генериране през целия ден, включително при облачно време с преобладаваща разсеяна дифузна светлина.
Инфографика: Аналитичен преглед на Svetni.me
Мащабиране и индустриално производство чрез ролкови технологии
Най-голямото предимство на откритието е, че авторите са успели да демонстрират производство на метаматериала чрез наноимпринт литография на ролкови преси (roll-to-roll nanoimprint), което позволява покриването на квадратни километри фолио на достъпна цена. Това превръща лабораторния куриоз в индустриално приложим продукт.
В дългосрочен план подобни интелигентни повърхности могат да бъдат интегрирани в стъклата на сгради, покривите на електромобили и космическите апарати, трансформирайки всяка осветена повърхност в автономна енергийна станция.