Создан принципиально новый механизм получения энергии от Солнца

Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UC Santa Barbara; USCB) разработали принципиально новый способ превращения солнечного света в полезную энергию. Экспериментальная система работает на базе массива золотых наностержней. Энергия получается в результате проведения ряда химических реакций. Исследователи тестировали технологию в течение нескольких недель, а затем опубликовали свои выводы в февральском номере журнала Nature Nanotechnology. В официальном пресс-релизе USCB сказано, что используемые материалы позволяют создавать гораздо более долговечные системы генерации электроэнергии по сравнению с современными солнечными батареями.

Обычные солнечные панели создают электрический ток, когда энергия фотонов, которые попадают на поверхность фотоэлектрической ячейки, поглощается полупроводником. Фотоны, или частицы света, возбуждают электроны, заставляя их покидать свои позиции, а также создавать положительно заряженные "дырки". В данном случае энергия может поглощаться только одной стороной полупроводникового материала – той, которая направлена в сторону источника света.

При этом погруженный в специализированные материалы массив золотых наностержней, созданный американскими учеными, поглощает свет всей своей поверхностью. В ходе эксперимента золотые наностержни покрывались слоем кристаллического диоксида титана и платиновыми наночастицами. На нижнюю часть массива наностержней наносился катализатор окисления на основе кобальта. Затем массив помещался в воду.

Под воздействием света наностержни производят электроны. Затем некоторые электроны переходят через фильтрующий слой кристаллического диоксида титана, а после этого захватываются частицами платины из внешнего слоя. Это инициирует реакцию, в ходе которой из воды выделяются ионы водорода. Между тем, положительно заряженные "дырки", оставленные возбужденными электронами, перемещаются в сторону катализатора на основе кобальта на нижней части массива, при этом образуется наэлектризованный (заряженный) кислород. Водород и кислород могут быть использованы в качестве топлива или при проведении полезных химических реакций.

Еще одно существенное различие между новой технологией и современными солнечными панелями заключается в том, что полупроводники (такие как кремний) подвержены фотокоррозии при длительном воздействии ультрафиолетового излучения. Эта коррозия вызывает постепенную деградацию фотоэлектрических элементов с течением времени. Но в случае золотых наностержней о данной проблеме можно забыть.

Конечно, нанотехнологии пока что находятся на стадии активного формирования. Поэтому система может быть существенно доработана. Ученые из Санта-Барбары признают, что их разработка на данном этапе не может сравниться по КПД с современными солнечными батареями. Но не будем забывать, что работа над полупроводниковыми устройствами преобразования солнечной энергии ведется уже более 70 лет.

Мартин Московиц, профессор химии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, отмечает в пресс-релизе, что лишь дополнительные исследования (читай: дополнительные деньги) позволят снизить затраты и повысить эффективность нового метода генерации солнечной энергии. Возможно, сейчас технология ограничена стенами лаборатории, но ученые собираются заняться активной коммерциализацией перспективных наработок, чтобы вывести на рынок экологически чистые генераторы электроэнергии нового поколения.