Учёные улучшили солнечные батареи без Солнца

Миниатюрные фотоэлектрические генераторы, не нуждающиеся в солнечном свете, испытали новаторы из Массачусетского технологического института. Опытные образцы демонстрируют любопытный способ выработки тока практически от любого источника тепла.

Образцы микрореакторов. Пояснения в тексте (фото Justin Knight).

Новая работа является развитием опытов по термофотогенераторам (thermophotovoltaic), начатых в институте несколько лет назад. Напомним вкратце принцип действия таких установок: сгорающее топливо нагревает излучатель до солидной температуры, излучатель выдаёт свет, который тут же преобразуется в электричество при помощи небольшой солнечной батарейки.

Такие системы известны давно, но сложно добиться от них удовлетворительной эффективности. Слишком много энергии уходит без толку в виде теплового излучения. Способ решения проблемы тоже в общих чертах был ясен давно: излучатель нужно модифицировать так, чтобы он выдавал большую часть энергии на узких частотах, наиболее подходящих для фотоэлектрической ячейки.

Авторы термофотоэлектрических реакторов (слева направо): Иван Селанович (Ivan Celanovic), И Сян Ен (Yi Xiang Yeng), Уокер Чан (Walker Chan) и Марин Солячич (Marin Solja?i?) (фото Justin Knight).

Разумеется, простое нагретое тело с его широким спектром излучения тут не годится, какое бы вещество мы ни выбрали. Потому физики обратили внимание на фотонные кристаллы. По информации института, в новых опытах исследователи взяли за основу вольфрам и кремний.

Учёные создали на поверхности этих пластин миллиарды углублений нанометровых размеров. Так получились резонаторы, позволяющие пластине при нагреве выдавать пик излучения на одних частотах, но подавлять волны других частот.

Из таких материалов экспериментаторы построили крошечные реакторы (на снимке под заголовком), снабжённые трубочками для подвода топлива (пропан или бутан) и воздуха. Снаружи этих «фляжек» авторы опыта размещали фотодиоды, причём с минимальным зазором. При подаче горючего реакторы нагревались и начинали выдавать фотоны, как раз наиболее эффективно воспринимаемые небольшими солнечными батареями.

По словам авторов технологии, заправленные микрореакторы способны выдавать ток втрое дольше литиевых батарей равного веса. А в дальнейшем учёные намерены ещё утроить плотность упаковки энергии в таких приборах. Как полагают разработчики, микроскопические топливные генераторы без движущихся частей пригодятся для питания удалённых датчиков, или помогут многократно увеличить время работы карманной электроники, а ещё они могли бы питать рации солдат на поле боя.

(Отчёт о результатах нынешнего эксперимента должен появиться в Physical Review A.)