Революция в физике: производство солнечной энергии без традиционных фотоэлементов
Впечатляющий и неожиданный магнитный эффект света, найденный исследователями Мичиганского Университета (University of Michigan), может разрешить создавать солнечную энергию без классических полупроводниковых фотоэлементов.
По словам Стивена Рэнда (Stephen Rand), информатики факультета и профессора электротехники, прикладной физики и физики, ученые нашли метод создания "оптической батареи". Так, они перевернули вековую теорию.
"Вы имеете возможность целый сутки внимательно наблюдать на уравнения перемещения и не заметить эту возможность. Нас учили, что этого ни при каких обстоятельствах не случится," — говорит Рэнд, создатель размещённой в "Издании Прикладной Физики" статьи, которая посвящена данной теме. Это весьма необыкновенный эффект сотрудничества. Вот из-за чего в течение более 100 лет он не был никем найден."
Свет имеет электрическую и магнитную составляющие. До сих пор ученые вычисляли эффект магнитного поля таким слабым, что его возможно проигнорировать. Но Рэнд и его сотрудники увидели, что при подходящей интенсивности, в то время, когда свет проходит через материал, не владеющий электрической проводимостью, световое поле может генерировать магнитное поле в 100 000 000 раз более сильное, чем предполагалось ранее.
При таких событиях, магнитные эффекты развивают силу эквивалентную сильному электрическому эффекту.
"Это может привести к новому виду фотоэлементов без полупроводников и без поглощения для осуществления разделения зарядов," — сообщил Рэнд. "В фотоэлементах свет входит в материал, поглощается и создаёт тепло. В нашем случае мы рассчитываем иметь весьма низкую тепловую нагрузку. Вместо поглощения света энергия накапливается в магнитном моменте. Интенсивная намагниченность возможно индуцирована сильным светом и после этого в конечном итоге способна выступить в качестве емкостного источника питания."
По словам Уильяма Фишера (William Fisher), аспиранта прикладной физики, это является следствием необнаруженного ранее качества "оптического выпрямления." В классическом оптическом выпрямлении электрическое поле света содействует разделению зарядов, и, например, разделяет друг от друга хорошие и отрицательные заряды в материале. Это формирует напряжение схожее с напряжением, появляющимся в батареях. Этот электрический эффект ранее был распознан лишь в кристаллических материалах, каковые владеют определенной симметрией.
Рэнд и Фишер поняли, что при подходящих событиях и в других типах материалов магнитное поле света может кроме этого приводить к оптическому выпрямлению.
"Оказалось, что магнитное поле начинает сгибать электроны С-образно и они любой раз мало продвигаются вперед," — сообщил Фишер. "Это С-образное перемещение заряда генерирует электрический и магнитный диполь . В случае если мы сможем создать из большинства из них последовательность в долгом волокне, то в следствии появится огромное напряжение, которое методом экстрагирования возможно применять в качестве источника питания."
Свет обязан проходить через материал, не владеющий электрической проводимостью, как, к примеру, стекло. И он должен быть сфокусирован с интенсивностью в 10 000 000 ватт на квадратный сантиметр. Это не характерно природе солнечного света, но на данный момент ведутся поиски новых материалов, каковые смогут быть нужны при более низкой интенсивности, сказал Фишер. "В отечественном последнем научном докладе мы продемонстрировали, что некогерентный свет, к примеру, солнечный, теоретически практически столь же действен в производстве разделения зарядов, как и лазерное излучение."
По словам исследователей, эта новая разработка может сделать солнечную энергию дешевле. Они предвещают, что с усовершенствованием материалов возможно достигнуть 10%-ной эффективности в производстве солнечной энергии. Это эквивалентно КПД сегодняшних фотоэлементов коммерческого класса.
"Для производства современных фотоэлементов нужно произвести пространную обработку полупроводников," отметил Фишер. "Но в нашем случае потребуются только линзы для фокусирования света и волокно в качестве проводника. Этими особенностями владеет стекло. Оно уже производится много и не требует так много обработки.
Еще более действенной может оказаться прозрачная керамика." Этим летом в собственных опытах исследователи собираются попытаться воспользоваться данными особенностями посредством лазерного излучения, а после этого и солнечного света.
Научная работа названа "Оптически-индуцированное разделение зарядов и терагерцовое излучение в безотносительных непроводниках". Университет собирается взять патент для защиты интеллектуальной собственности.
Источник: sciencedaily.com