Saulės energija be saulės elementų

Ryškus ir stebinantis šviesos magnetinis reiškinys buvo atrastas Mičigano universiteto mokslininkų. Atradimas gali atverti kelius kuriant naujos rūšies saulės energiją surenkančius įrenginius, ir tam nebereikės puslaidininkinių medžiagų pagrindu veikiančių saulės elementų.

Mokslininkai rado būdą, kaip padaryti optinę bateriją, pasakė profesorius Styvenas Rendas (Journal of Applied Physics). Tam reikėjo kitaip pažiūrėti į šimtmečio senumo fizikos principą.

„Jūs galite įdėmiai žiūrėti į judėjimo lygtis visą dieną ir vis tiek nepastebėsite šios galimybės. Mus visus mokė mokykloje ir universitete, kad tai negali vykti“, – sakė Rendas, kuris yra ir straipsnio, atspausdinto „Journal of Applied Physics“ žurnale, autorius. „Tai labai keista sąveika. Ir tai yra pagrindinė priežastis, kodėl ji nebuvo pastebėta daugiau kaip šimtą metų“.

Šviesa turi magnetinę ir elektrinę dedamąsias. Iki šiol mokslininkai galvojo, kad magnetinio lauko dedamoji yra labai silpna ir į ją galima nekreipti dėmesio. Rendas su kolegomis atrado, kad prie tam tikrų intensyvumų, kai šviesa sklinda per medžiagą, nelaidžią elektros srovei, šviesos laukas gali sukurti magnetinius reiškinius, kurie yra apie šimtą milijonų kartų stipresni nei buvo manoma iki šiol. Tokiomis sąlygomis magnetinio lauko kuriami efektai pagal stiprumą yra lygūs stipraus elektrinio lauko kuriamiems reiškiniams.

„Tai gali leisti sukurti naujos rūšies saulės elementus, kuriems nereikės puslaidininkių. Ir nereikės absorbcijos tam, kad būtų gautas krūvių atskyrimas, – pasakė Rendas. – Saulės elementuose šviesa patenka į medžiagą, ten sugeriama ir sukuria šilumą. Savo darbe mes matome labai mažą šilumos dalį. Vietoje to, kad šviesa būtų sugerta, šviesos energija susikoncentruoja magnetiniame momente. Labai stiprus įmagnetinimas gali būti iššauktas intensyvios šviesos. Įmagnetinimas taptų talpinės galios šaltiniu“.

Tokią galimybę atveria anksčiau nepastebėta optinio lyginimo (angl. optical rectification) rūšis. Įprastame optinio lyginimo reiškinyje šviesos elektrinis laukas sukuria krūvių atskyrimą, tai yra stumia teigiamus ir neigiamus krūvius medžiagoje į skirtingas puses. Tai sukuria įtampą, panašią į esančią baterijose. Šis elektrinis efektas buvo stebėtas kristalinėse medžiagose, kurioms taip pat buvo būdinga tam tikra simetrija.

Mokslininkai atrado, kad tam tikromis sąlygomis ir kitos rūšies medžiagose magnetinis šviesos laukas taip pat gali sukurti optinį lyginimą. „Pasirodo, kad magnetinis šviesos laukas iškreipia elektronų judėjimą, kuris pasidaro panašus į „c“ raidę. Elektronai juda tokia forma tam tikrą laiką, – pasakė Viljamas Fišeris (William Fisher), taikomosios fizikos doktorantas. – „C“ formos įelektrintos dalelės judėjimas sukuria elektrinį ir magnetinį dipolius. Jei mes juos sujungsime į eilę, tai gausime didžiulę įtampą, kurią galėsime panaudoti kaip galios šaltinį“.

Šviesa turi sklisti medžiaga, kuri nepraleidžia elektros srovės, pavyzdžiui, stiklas. Šviesa turi būti sufokusuota, kad intensyvumas siektų dešimt milijonų vatų kvadratiniame centimetre. Deja, Saulės šviesa nėra tokia intensyvi, tačiau mokslininkų jau nagrinėjamos naujos medžiagos, kurioms nereikia tokių didelių intensyvumų.

„Mūsų paskutiniame straipsnyje parodėme, kad nekoherentinė šviesa, kuri būdinga Saulės šviesai, yra teoriškai tokia pat efektyvi gaunant krūvių atskyrimą kaip ir lazerio šviesa“, – paminėjo Fišeris.

Mokslininkai mano, kad naujasis metodas leis sukurti pigesnius saulės elementus. Jie apskaičiavo, kad su patobulintomis medžiagomis galės būti pasiektas dešimties procentų efektyvumas verčiant saulės energiją į kasdieninėje veikloje panaudojamą energiją. Tai atitinka dabar plačiai naudojamų saulės elementų efektyvumą.

„Norint sukurti dabartinius saulės elementus, reikia atlikti intensyvų puslaidininkinių medžiagų apdirbimą, – pažymėjo Fišeris. – Mūsų atveju yra reikalingi lęšiai, kurie fokusuotų šviesą, ir pluoštas, kuris nukreiptų sufokusuotą šviesą. Stiklas tinka abiem atvejais. Jis gaminamas dideliais kiekiais ir jam nereikia ypatingo apdirbimo. Šviesai laidi keramika tam tiktų dar geriau“. Toliau mokslininkai planuoja vykdyti eksperimentus gamindami energiją su lazerio spinduliu bei saulės šviesa.

   

Facebook komentarai