"Воронка" солнечной энергии: открыт новый способ применения фотонов

Ученые предложили новый способ использования фотонов для получения электроэнергии. Метод назван "воронкой солнечной энергии" и использует упругие деформации материалов для получения беспрецедентных свойств. Работа профессора Джу Ли из Массачусетского технологического института, где описан новый подход к созданию наноматериалов, опубликована в журнале Nature Photonics.

В данном контексте слово "воронка" - это метафора. Речь идет об электронах и их партнерах - дырках, которые отделяются от атома за счет энергии фотонов и переходят в центр структуры. Конечно, их увлекает туда не сила тяжести, как это происходит с обычными воронками. Но, тем не менее, используемый исследователями материал действительно имеет форму воронки.

Солнечные воронки работают на основе упругих деформаций материала - то есть деформаций, при которых атомные связи не разрушаются, а растягиваются. Упругая деформация позволяет управлять потенциалом электронов в материале. Команда ученых использовала компьютерное моделирование, чтобы выяснить, как деформация влияет на тонкий слой дисульфида молибдена - материала, способного образовывать слой толщиной в одну молекулу.

Полученная структура - это тончайший лист, растянутый микроскопическими иглами. Давление, оказываемое иглами, вызывает упругую деформацию, увеличивающуюся к центру листа. Эти деформации дают удивительное разнообразие свойств наноструктурированного материала. В частности, увеличивается ширина т.н. запрещенной зоны - свойства, которое позволяет манипулировать широким диапазоном волн. А значит, использоваться световой поток будет гораздо эффективнее.

Деформации всего в 1 нанометр достаточно, чтобы различные участки материала оказались "настроены" на различные длины световых волн. Притом в сумме этот диапазон охватывает не только видимое излучение, но и определенную долю невидимого спектра, на которую приходится большая часть энергии солнечного излучения.

Фотоэлектрическая ячейка, полученная таким образом, позволяет извлекать большее количество энергии, используя при этом одинаковое количество материала и падающего света. Это серьезный шаг к созданию высокоэффективных солнечных батарей, электронных чипов, работающих на основе световых сигналов и других полезных устройств.