Ученые нашли способ улучшить фотопанели благодаря использованию органических красителей, которые работают как антенны.
Международная команда ученых продемонстрировала прорыв благодаря наночастицам, которые могли бы сделать солнечные панели более эффективными, превращая свет, который обычно не улавливают солнечные батареи, в полезную энергию.
Команда, возглавляемая учеными Департамента энергетики Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в США, продемонстрировала, как покрытие мелких частиц органическими красителями значительно повышает их способность захватывать ближний инфракрасный свет и переизлучать его в спектре видимого света.
Как только они поняли механизм, который позволяет красителям поверх наночастиц функционировать в качестве антенн для сбора широкого спектра света, они успешно смогли применить их для дальнейшей амплификации светопреобразующих свойств частиц.
- Поскольку ближние инфракрасные длины света часто не используются в солнечных технологиях, а фокусируются на видимом свете, эти наночастицы, чувствительные к красителям, эффективно преобразуют ближний инфракрасный свет в видимый свет, они повышают вероятность захвата большой части солнечного спектра, которая в противном случае проходит впустую, и их можно интегрировать в существующие солнечные технологии, - отметили ученые.
Исследователи обнаружили, что сам краситель усиливает яркость переизлученного света примерно в 33 тысячи раз, а его взаимодействие с наночастицами увеличивает эффективность преобразовании света примерно в 100 раз.
Ап-конверсионные наночастицы (UCNP), используемые в этом исследовании, поглощают ближний инфракрасный свет и эффективно преобразуют его в видимый свет, что является необычным свойством благодаря комбинации ионов металлов лантаноидов в нанокристаллах. Исследование, проведенное в 2012 году, показало, что красители на поверхности UCNP значительно улучшают свойства светопреобразования частиц, но почему – до сих пор не ясно.
Однако эксперименты, проведенное во главе с Дэвидом Гарфилдом, кандидатом наук Калифорнийского университета Беркли, продемонстрировали симбиотический эффект между красителем и металлами лантанидов в наночастицах.
Близость красителей к лантаноидам в частицах усиливает присутствие состояния красителя, известного как «триплет», который затем более эффективно передает свою энергию лантаноидам. Триплетное состояние позволило более эффективно преобразовывать несколько инфракрасных единиц света, известных как фотоны, в одиночные фотоны видимого света.
Затем исследователи обнаружили, что увеличивая концентрацию лантаноидных металлов в наночастицах с 22 до 52%, они могут увеличить этот эффект триплета для улучшения светоотражающих свойств наночастиц.
Наночастицы, размером около 12 нанометров, могут потенциально быть нанесены на поверхность солнечных элементов, чтобы помочь им улавливать больше света для преобразования в электричество.
Красители действуют как солнечные концентраторы молекулярного масштаба, которые направляют энергию из ближне-инфракрасных фотонов в наночастицы. Сами же частицы в значительной степени прозрачны для видимого света, поэтому они позволяют ему проходить насквозь.
