Массачусетский технологический институт открывает новые подробности старой фотоэлектрической технологии

Исследователи Массачусетского технологического института пытаются раскрыть потенциал не нового уже способа преобразования света в электроэнергию, сделав его эффективней, чем когда бы то ни было.

В исследовании применяются новые материалы, новые технологии и новые идеи, направленные на значительное улучшение старой концепции — термофотогальваники (ТФГ) — метода преобразования света в электрический ток. Вместо того, чтобы приводить в действие генератор постоянного или переменного тока с помощью двигателя, как это делается, например, в автомобиле, новая ТФГ-система сжигает небольшое количество топлива и генерирует сверхъяркий свет. Затем высокоэффективные фотодиоды, во многом похожие на элементы солнечной батареи, собирают энергию и питают электрическим током различные осветительные, электрические и электронные системы в автомобиле. Однако такая система, основанная на световой энергии, не способна заменить двигатель.

Зато она вырабатывает достаточно электричества для работы подсистем, потребляя при этом намного меньше топлива, чем необходимо для работы многоцилиндрового двигателя даже на небольшой скорости. Кроме того, в ТФГ-системе нет подвижных частей: ни кулачков, ни подшипников, ни шпилевых валов, — таким образом, энергия не расходуется просто на поддержку оборотов двигателя даже на холостом ходу. В центре этой энергосистемы расположен цилиндрический элемент, например, из вольфрама с выгравированными миниатюрными углублениями (наноотверстиями), который при накале до температуры примерно 1200°С излучает интенсивный свет с заданной длиной волны. Элемент накала окружают особые светочувствительные элементы из нового материала — антимонида галлия, — которые поглощают излученный свет. Между двумя этими компонентами устанавливается особый фильтр, который пропускает свет с наиболее эффективной длиной волны на фотодиоды и отражает свет с менее эффективной длиной волны обратно к элементу накала, таким образом повышая температуру.

Предполагается, что новая возможность точной настройки трех основных частей системы обеспечит ее относительно высокую производительность. К этим частям относятся излучатель света, высокочувствительные к его настроенному свету элементы и средства, позволяющие извлекать пользу из света с неэффективной длиной волны, который иначе пропал бы впустую. Кроме того, новые ТФГ-системы могли бы найти эффективное применение в автомобилях, построенных по гибридной технологии, позволяющей экономить топливо путем выключения двигателя, на время остановки, например, на светофоре. В будущем по такому же принципу смогут работать и традиционные автомобили. Необходимо будет обеспечивать подачу электричества и кондиционирование воздуха, когда двигатель заглушен.

После запуска в коммерческое производство такая система может использоваться и для решения других задач — например, для питания осветительных и электронных систем, а также систем кондиционирования воздуха в больших полугрузовиках. Таким образом, отпадет необходимость держать дизельный двигатель включенным всю ночь, пока водитель отдыхает. Энергия ТФГ-систем также идеально подходит для использования в местах, отдаленных от линий электропередач, где применяются солнечные коллекторы и топливные элементы.