0
3901
Газета Наука Интернет-версия

10.11.2020 18:58:00

Как превратить Сахару и Австралию в энергетические «эмираты»

Такие технологии на основе тонких 2D-пленок уже существуют

Тэги: технологии, энергетика, физика, 2D пленка


15-12-3480.jpg
Многослойная тонкопленочная панель
с электрон-дырочными слоями (n и р) и двумя
слоями CIGS и CZTSSe.
В 1925 году индиец Шатьендранат Бозе и Альберт Эйнштейн теоретически предсказали существование необычного состояния вещества – конденсат атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля (273 градуса ниже нуля). В нем частицы мироздания ведут себя как единое целое (когерентно). Пример высокой степени когерентности – лазер: фотоны имеют одинаковую длину волны (частоту) в отличие от разрозненного потока отличающихся по этому параметру квантов света, например, лампы накаливания.

Сначала когерентный поток микроволнового излучения получили советские физики Николай Басов и Александр Прохоров. Затем ту же операцию с фотонами проделал Чарлз Таунс. Все трое и получили Нобелевскую премию в 1964 году. Рентгеновские лазеры позволяют благодаря ничтожно малой длине волны рассмотреть с атомным разрешением даже биомолекулы.

Со временем лазеры стали использовать для охлаждения термически неспокойных атомов, отнимая у них с помощью фотонов частичку энергии колебаний-вибраций. В результате был получен конденсат Бозе–Эйнштейна (ВЕС). Еще выяснилось, что колебания частиц в среде порождают так называемые фононы, которые также можно «когерировать». Это открывало дорогу к созданию фононного лазера, имеющего определенные преимущества перед привычным фотонным лазером. Дело в том, что фотоны слабо взаимодействуют с веществом, что, кстати, ограничивает рост эффективности солнечных батарей-панелей.

Сотрудники Физического института в Бонне вместе с бразильскими коллегами Университета в г. Рио-Негро сумели поместить ВЕС в ловушку между двумя слоями DBR (дистрибутированными рефлекторами Брэгга). DBR не дают рассеиваться энергии конденсата Бозе–Эйнштейна ВЕС, в результате с двух его полюсов испускаются лучи фотонного и фононного лазеров.

15-12-5480.jpg
Конденсат Бозе–Эйнштейна в ловушке между
двумя слоями-отражателями Брэгга: вверху
зеленый луч фотонного лазера,
внизу – красный фононного.
Прогресс лазерной техники позволил достичь уровня аттосекундных импульсов, длительность которых не превышает миллиардных долей наносекунды (10–18 с). С помощью таких импульсов в Стэнфордском университете «разглядели» неровности (ripples). Их создают на поверхности молекулы этил-йодида рентгеновские разряды длительностью 280 аттосек, приходящие от пучка свободных электронов.

Но рентгеновские лазеры слишком дороги и громоздки. В Оук-Ридже и Университете штата Небраска предложили для будущих сетей коммуникации использовать плазмоны, генерируемые фотонным потоком на конце металлизированного оптоволокна. Энергия квантов света генерирует электронную «общность» металлических электронов, коллективные осцилляции которых дают диодный лазер стоимостью не более 10 долл. Статья ученых в журнале New J. Physics называется «Поверхностный плазмон ускоренных электронов металла, нанесенного на наноокончания оптоволокна».

Естественно, что металлизация нановолокна невозможна без соответствующего масштаба технологии. И такие технологии существуют, они используются для получения так называемых 2D-пленочных материалов. Яркий пример – графеновый монослой. В 2D-пленках «работают» квантовые эффекты, которые теряются с увеличением размеров и, как следствие, нарастанием паразитических вибраций в среде.

15-12-4480.jpg
Возникновение «неровностей» (ripples)
на поверхности молекулы йодида этана. 
Иллюстрации Physorg
2D-пленки обещают существенное повышение эффективности солнечных панелей. Физики Пенсильванского университета в Филадельфии опубликовали результаты компьютерного анализа эффективности преобразования солнечной энергии в электрический ток в «стопках» тонкопленочных слоев. Последние имеют преимущество перед распространенными сегодня солнечными ячейками на основе кристаллического кремния. Дело в том, что производство тонких пленок технологичнее и дешевле по сравнению с классической кремниевой микроэлектроникой. Толщина двух основных слоев – CIGS (CuIn-GaSe) и CZTSSe (CuZnSn-Tin SSe) – достигает 300 и 870 нанометров соответственно. То есть 0,3 и 0,87 микрона. Авторы отмечают, что эффективность конверсии солнечной энергии в слое CIGS достигает 20%, второго же слоя – 11%, но в совокупности суммарный эффект может достичь 34%.

Столь высокий показатель эффективности солнечной батареи сделает солнечную энергию вполне рентабельной и используемой в широких масштабах. Устройства с таким КПД могут превратить Сахару и Австралию в новые энергетические «эмираты». Нефть останется лишь для различных органических синтезов. 



Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Евросоюз поможет Молдавии дорогим электричеством

Евросоюз поможет Молдавии дорогим электричеством

Светлана Гамова

Кишинев рискует остаться зимой без света и тепла

0
2338
Константин Ремчуков. Китай собирается отправлять в космос туристов уже в 2027 году

Константин Ремчуков. Китай собирается отправлять в космос туристов уже в 2027 году

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в КНР по состоянию на 28.10.24

0
2417
Локальная нехватка электрогенерации в России и мире может запутать нейросети

Локальная нехватка электрогенерации в России и мире может запутать нейросети

Анастасия Башкатова

Искусственному интеллекту предстоит побороться с майнерами за источники энергии

0
2804
Центризбирком настраивает систему на 2026 год

Центризбирком настраивает систему на 2026 год

Иван Родин

На новой платформе «Выборы» властям будет удобнее работать с электоратом

0
2549

Другие новости