Окрашивание излучения делает солнечные батареи более производительными

Нанотехнологии позволили ученым из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли сделать фотогальванические элементы более производительными. Применив инновационные решения, они превратили инфракрасное излучение солнца в видимый свет.

Большинство современных фотогальванических элементов способы улавливать только видимые лучи света, при этом большая часть спектра теряется впустую. Ученые нашли способ использования так называемых апконвертирующих наночастиц, окрашенных специальными органическими красителями, для превращения инфракрасной части спектра в видимый луч света, который солнечные батареи могут улавливать и использовать для выработки энергии.

Апконвертирующие наночастицы содержат ионы иттербия, эрбия и других редкоземельных металлов лантанидов, которые способны поглощать излучение ближнего инфракрасного диапазона и превращать его в видимое свечение зеленого спектра. Как выяснилось в ходе исследований, окрашивание этого материала с помощью специальных красителей способно усилить это свойство, но до недавнего времени процесс оставался загадкой.

Под воздействием света краситель распадался почти сразу, и ученые не представляли, каким образом он взаимодействует с поверхностью наночастицы. Но им удалось раскрыть работу механизма и выяснить, что содержащиеся в наночастице лантаниды переводят краситель в триплетное состояние. Процесс сопровождается сбором в один пучок видимого света множества инфракрасных фотонов. Таким образом, краситель выполняет роль концентратора солнечного света на молекулярном уровне, то есть фокусирует энергию из ближнего инфракрасного спектра в наночастицах.

Краситель еще очень нестабилен и в ходе экспериментов ученым пришлось использовать искусственно созданную азотную среду. Сейчас они работают над созданием защитного покрытия для апконвертирующих наночастиц, чтобы сделать солнечные батареи еще более эффективными.