Czym są ogniwa termofotowoltaiczne i czym w zasadzie różnią się zwykłych ogniw słonecznych? Łączy je to, że obydwie technologie przekształcają promieniowanie elektromagnetyczne w energię elektryczną, przy czym termofotowoltaika wykorzystuje fotony podczerwieni, które mają niższą energię. W ogólnym ujęciu, ogniwa te działają jak swoista bateria cieplna, która skumulowane ciepło oddaje w postaci energii elektrycznej.
Czytaj też: Doczekaliśmy się cudu. Te ogniwa są tańsze od zwykłych paneli słonecznych o 70 proc.
Dotychczasowe osiągnięcia techniki pozwalały na osiągnięcie 37 proc. sprawności konwersji energii w przypadku termofotowoltaiki. Naukowcy z Uniwersytetu Michigan (USA) wykonali olbrzymi krok naprzód, opracowując urządzenie z wydajnością na poziomie 44 proc. Mało tego, tak zachwycający wynik osiągnięto dla temperatury 1435 st. C, co mieści w zakresie pracy istniejących wysokotemperaturowych magazynów energii.
Nowa jakość ogniwa termofotowoltaicznego. Jego wydajność wyniosła aż 44 proc.
Stephen Forrest, jeden ze współautorów artykułu na łamach Joule, przyznaje, że zaprojektowana przez zespół konstrukcja jest wyjątkowa. „To rodzaj baterii, ale bardzo pasywnej. Nie trzeba wydobywać litu tak jak w przypadku ogniw elektrochemicznych, co oznacza, że nie trzeba też konkurować z rynkiem pojazdów elektrycznych.” – czytamy w komunikacie Uniwersytetu Michigan.
Czytaj też: Szwecja błyszczy od najnowszego rekordu. Ich ogniwa słoneczne są jeszcze w ukryciu
Jak w praktyce wyglądałoby wykorzystanie ogniwa termofotowoltaicznego? Mogłoby ono stanowić uzupełniający element przy elektrowniach korzystających z odnawialnych źródeł energii. Wygenerowane nadwyżki z paneli słonecznych czy turbin wiatrowych kierowane byłyby do „bloku nagrzanego materiału”. Następnie w godzinach zwiększonego zapotrzebowania na energię ogniwo przekształcałoby zgromadzone ciepło w energię elektryczną.
Kluczem do sukcesu amerykańskich uczonych było zastosowanie unikatowej struktury ogniwa. Wbudowali oni cienką warstwę powietrzną pomiędzy półprzewodnikiem a specjalną warstwą odbiciową ze złota. Konstrukcję tę nazwano mostkiem powietrznym. Umożliwił on więzienie fotonów o określonych energiach w taki sposób, aby część z nich przedostawała się do półprzewodnika, a reszta niepotrzebnych wracała z powrotem do materiału magazynującego ciepło. Zasadniczo opisywany proces przypomina osobliwy „recykling” fotonów – przyznają uczeni.
Czytaj też: Trójzłączowe perowskitowe ogniwa słoneczne w rękach Niemców. Jak to działa?
Rozwiązanie badaczy z Michigan zostało zgłoszone do amerykańskiego urzędu patentowego. Naukowcy planują kontynuować pracę nad zwiększeniem sprawności ogniwa, licząc na przekroczenie epokowej wartości 50 proc.