Исследователь стремится изобрести краску, которая сможет поглощать неуловимую энергию солнца

Представьте прозрачную солнечную краску, которую вы можете распылять на окна, чтобы поглощать неуловимую энергию солнца. Или яркие неоновые краски, которыми можно покрывать спортивные автомобили, чтобы преобразовать необузданные солнечные лучи в электричество, в то время как автомобиль ездит вдоль побережья Калифорнии.

Эти продукты будущего – видение Сусанны Тон, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники машиностроительного отделения им. Уайтинга Университета Джонса Хопкинса. Физик Тон превратила интерес к квантовым вычислениям в страсть к фундаментальной науке за наноматериалами. В частности, она заинтересована в использовании квантовых точек, найденных в датчиках и светодиодах, и металлов, таких как серебро, золото и алюминий, чтобы захватить солнечную энергию в эластичных жидкостях, таких как краски или пленки, и преобразовать ее в электричество.

Сегодня обычные кремниевые солнечные элементы, используемые в хрупких, плоских панелях, установленные на крышах, способны поглощать и преобразовывать около 25 процентов энергии солнечных световых лучей, в основном, в видимом диапазоне. Почти половина неиспользованного запаса солнечной энергии находится в невидимых инфракрасных диапазонах – безвредных, длинных волнах, используемых в волоконно-оптических телекоммуникациях, приборах ночного видения и тепловидения.

Такие материалы, как коллоидные квантовые точки – наноматериалы, состоящие из крошечных кусков полупроводников, можно сконструировать, чтобы поглощать энергию многих длин волн, даже неуловимого инфракрасного диапазона. Но они не очень хорошо проводят энергию, как электричество.

«Это наша задача», — говорит Тон.

В цоколе Бартон Холла, в лаборатории NanoEnergy, Тон намеревалась решить эту научную загадку. На днях, студентом и аспирантом лаборатории из восьми членов сделал солнечную батарею с помощью шприца для дозирования коричневатой пленки на стекле. Жидкость содержала триллионы квантовых точек сульфида свинца. Тон добавила слои из различных материалов, как семислойный торт, чтобы оптимизировать свойства поглощения и преобразования солнечного элемента.

«Различные слои необходимы для солнечных батарей, чтобы работать электрически», — говорит Тон. «Но люди не думали об использовании этих же слоев как оптических. Оказывается, изменяя толщину, можно также изменять оптические свойства устройства в целом».

Тон утверждает, что металлы в наночастицах могут существенно преобразовывать себя в крошечные «оптические антенны», которые могут локализовать свет для повышения поглощения энергии окружающими материалами. Она видит большие перспективы в этих гибридных материалах, и она подала научную статью, которая в настоящее время находится на рассмотрении, в которой подробно описывается потенциал.

«Легко спроектировать свой материал, чтобы сделать одну вещь или другую», — говорит Тон. «Мы хотим сделать обе».