ფოტოელემენტები, ანუ ე. წ. მზის პანელები , რომლებიც მზის სინათლეს ელექტოენერგიად გარდაქმნის, თანამედროვე ტექნოლოგიების ბრწყინვალე ნაწილია. თუმცა, უზარმაზარ თავის ტკივილს წარმოადგენს ერთი კონკრეტული ასპექტი. საქმე ის არის, რომ ისინი სუპერეფექტიანი არ არის, რადგან მათ მიერ შთანთქმული სინათლის დიდი ნაწილი სითბოს სახით იკარგება.
შედეგად, კომერციული მზის პანელის საშუალო ეფექტიანიობა 11-22 პროცენტს შორის მერყეობს. ახალ მოწყობილობას ამ მაჩვენებლის 80 პროცენტამდე გაზრდა შეუძლია.
დიზაინი ეფუძნება ნახშირბადის ერთკედლიან ნანომილების წყებას, რომელიც ხელახლა იჭერს ინფრაწითელი რადიაციის თერმულ ფოტონებს — ეს გახლავთ მზის პანელების მიერ დაკარგული სითბო. ამის შემდეგ, მოწყობილობა ამ ენერგიას სინათლის სახით გამოყოფს სხვადასხვა ტალღის სიგრძეში, რომელიც თავის მხრივ, შემდეგ კვლავ ელექტროენერგიად გარდაიქმნება.
რაისის უნივერსიტეტის ინჟინრის, იუნიჩირო კონოს განცხადებით, თერმული ფოტონები ცხელი სხეულის მიერ გამოყოფილი ფოტონებია. თუკი რაიმე ცხელს ინფრაწითელი კამერით შეხედავთ, დაინახავთ, რომ ის ანათებს. კამერა სწორედ თერმულად აღგზნებულ ფოტონებს იჭერს.
ინფრაწითელი რადიაცია არის მზის სინათლის ნაწილი, რომელსაც სითბო გადააქვს. შეუიარაღებელი თვალისთვის ის უხილავია, მაგრამ არის იმავე ელექტრომაგნიტურ სპექტრში, რომელშიც სინათლე, რადიოტალღები და რენტგენული გამოსხივება. მას გამოყოფს თქვენი ღუმელი, კოცონი და თბილი კატაც კი. როგორც წესი, ყველაფერი, რაც გამოყოფს სიცხეს, გამოსცემს ინფრაწითელ რადიაციასაც.
ინჟინერ გურურაჯ ნაიკის განცხადებით, პრობლემა ის გახლავთ, რომ თერმული რადიაცია ფართოხაზოვანია, სინათლის ელექტროენერგიად გარდაქმნა კი ეფექტიანია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ გამოყოფა ვიწროხაზოვანია. მთავარი გამოწვევა მდგომარეობდა ფართოხაზოვანი ფოტონების ვიწროხაზოვანში შეკუმშვა.
მათი სისტემა მოიცავს მჭიდროდ დაპრესილ ნახშირბადის ნანომილების ფენას, რომელიც კონომ და მისმა კოლეგებმა 2016 წელს შექმნეს.
ამ ნანომილების ერთ-ერთ თვისება ის არის, რომ ელექტრონები მათში მხოლოდ ერთი მიმართულებით მიდის. ეს კი წარმოქმნის ე. წ. ჰიპერბოლური დისპერსიის ეფექტს, რომლის მეშვეობითაც ფენები მეტალის გამტარებია ერთი მიმართულებით, მაგრამ არაგამტარი იზოლატორები ამ მიმართულების პერპენდიკულარულია.
ეს კი იმას ნიშნავს, რომ თერმულ ფოტონებს შესვლა შეუძლია თითქმის ყველგან, მაგრამ გამოსვლა მხოლოდ ერთი გზიდან. შეკუმშვის ეს პროცესი სითბოს სინათლედ გარდაქმნის, რომელიც თავის მხრივ, შემდეგ ელექტროენერგიად გარდაიქმნება.
ჯგუფის მიერ შექმნილ მოწყობილობაში ნახშირბადის ნანომილების ფენას შეუძლია გაუძლოს 700 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურას, თუმცა ამ მასალას 1600 გრადუსამდე ტემპერატურის გაძლების უნარიც აქვს.
მოწყობილობამ სითბოს წყაროებთან შემოწმება წარმატებით გაიარა.
კვლევა ჟურნალ ACS Photonics-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია news.rice.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
