Nantény pro příjem sluneční energie

1. červen 2011
Tenkou fólie s nanténami

Na Universitě v Missouri vyvinuli pružnou fólii, která dosahuje 90% účinnosti přeměny světelné energie v elektrickou. Podstatou této fólie jsou nanoskopické antény, tzv. nantény. Hlavním problémem současných slunečních článků je jejich nízká účinnost, pohybuje se kolem 20 až 30 %.

Většina slunečních fotoelektrických článků neumí energeticky konvertovat relativně méně energetické fotony z oblasti červeného nebo infračerveného spektra. Jedná se o tzv. tepelné záření, což je pro lidské oko už zčásti neviditelná složka slunečního světla, která ale obsahuje poměrně velké množství energie. Je to logické, protože k „vyražení” elektronu z polovodivého materiálu, ze kterého se vyrábějí běžné sluneční články, je zapotřebí jisté minimální energie fotonu, jinak k uvolnění náboje nedojde.

Profesor Patrick Pinhero a jeho kolegové doplnili běžný polovodičový článek soustavou velmi malých antén, kterým se díky jejich drobným rozměrům začalo říkat nano-antény nebo zkráceně nantény. Tým vědců už vyzkoušel tenkou fólii s nanténami na infračerveném elektromagnetickém záření. To bylo spojeno s odpadním teplem, které vzniká při různých průmyslových procesech. Tady dosáhli už zmíněné účinnosti energetické přeměny přes 90 %.

Tento postup má však jeden háček: střídavý elektrický proud, který takto vzniká, se vyznačuje velmi vysokou frekvencí, kterou lze jen velmi těžko zpracovat. Tato frekvence se pohybuje v řádu bilionů, deset na dvanáctou Hertzů čili v oblasti Terahertzů. To je zhruba desettisíckrát větší frekvence, než s jakou se lze setkat například v běžné televizní technice.

Pinherův úkol tedy mj. spočíval ve vývoji speciálních vysokofrekvenčních elektrických obvodů, které by uměly rychle se měnící proudy přeměnit na proudy o desítkách Hertzů. S těmi se běžně pracuje, třeba proud v domácích elektrických sítích má frekvenci buď 50, nebo 60 Hertzů. Další možností by byla přeměna na proud stejnosměrný, tzv. rektifikace. To se zatím povedlo u infračervených frekvencí kolem 30 THz. Výhledovým cílem vědců je zpracování frekvencí ještě asi 10x větších, ty už odpovídají světlu ve viditelné oblasti.

Velkou část problému se povedlo vyřešit použitím tzv. geometrických diod, které se staly nástrojem tohoto usměrnění. Tyto diody mají tvar malých tenkých kovových šipek. Celému přijímacímu a zároveň usměrňujícímu komplexu ve viditelné oblasti spektra se někdy říká nanorectenny, tedy usměrňující antény o nanoskopických rozměrech.

Podle odborníků si už asi za pět let budeme moci koupit kombinovaný přijímač sluneční energie, který využije oněch zmíněných 90 % sluneční energie.

Spustit audio
autor: Pavel Vachtl