Плазмонная нанотехнология повысит продуктивность солнечных батарей

Плазмонная нанотехнология повысит продуктивность солнечных батарей

Схема «апконверсии» (преобразование с повышением частоты) света, предложенная доцентом техасского Университета Райса, Гурураем Наиком (Gururaj Naik) в журнале Nano Letters, сможет сделать солнечные батареи более эффективными, помогая задействовать в переработке в электричество обычно теряемое солнечное излучение в инфракрасном диапазоне.

В своих экспериментах Наик использовал комбинацию плазмонных материалов и полупроводниковых квантовых ям. Разработанный им прототип при освещении зелёным светом генерировал более коротковолновое синее излучение.

В наномасштабе этот прототип состоит из вертикальных стержней диаметром около 100 нм. Находящиеся на вершинах стержней пятна золота преобразуют свет определенной частоты в плазмоны. Эти поверхностные электромагнитные колебания имеют короткое время жизни, распадаясь они порождают световой фотон или тепло в форме «горячего» электрона.

Идея Наика заключалась в том, чтобы преобразовать эти «горячие» носители обратно в оптическую форму. Для этого он создал наностержни, состоящие из чередующихся слоёв нитрида галлия и нитрида индия галлия. Сверху был нанесён тонкий слой золота, а по бокам – серебра.

Горячие носители (электроны и дырки) вместо того, чтобы беспрепятственно уносить энергию в тепловые потери, задерживаются в квантовых ямах, образуемых чередующимися слоями разных полупроводников. Эти ямы имеют непрямую запрещённую зону, которая изолирует электроны и дырки пока они не рекомбинируют с энергией, достаточной, чтобы преодолеть барьер и испустить фотон с более высокой частотой.

Апконверторы, используемые в современных внутричиповых коммуникациях, системах безопасности и в хранении данных, имеют эффективность порядка 5–10%. Максимальная эффективность такого преобразования даваемая квантовой теорией, составляет 50% (так как поглощаются два фотона, а излучается один), но Наик считает практичной целью для своего метода 25%.

«Апконверторы, основанные на лантанидах и органических молекулах, излучают и поглощают свет на заданных частотах, так как они фиксированы атомными или молекулярными уровнями энергии, — пишет Наик. — Мы можем проектировать квантовые ямы и настраивать их запрещённые зоны, чтобы излучать фотоны в требуемом частотном диапазоне, и аналогично проектировать металлические наноструктуры для поглощения на разных частотах. Это означает, что поглощение и излучение регулируются почти независимо, что было невозможно прежде».

На следующем этапе, Наик планирует перейти к созданию отдельных наночастиц, нанося на квантовые точки металл требуемых размеров и формы. Они могут использоваться например в чернилах, написанное которыми становится видимым в ИК-освещении.

Источник: ko.com.ua

 
Распечатать
  • Отправить в Livejournal

Смотрите также

Дешево, надежно и практично!

Комментарии 0 Добавить комментарий

Комментариев нет

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.