МенюРубрики

Наноантенны

Оптична ректенна витіснить сонячні комірки

Принципово інший підхід до перетворення світла в електрику пропонує концепція оптичних ректенн, або по іншому нанотенн(наноантенн). У них не буде p-n переходів з їх забороненими зонами, і по вартості матеріалів, нанотенны будуть в 50-70 разів дешевше. ККД збільшитися до фантастичних 80-85%, тобто з альтернативного джерела в ясний сонячний день, з 1м2 можна буде отримувати більше 1 кВт електроенергії.

Базові знання про наноантенне

Легше всього уявити принцип роботи оптичних ректенн, при порівнянні їх із звичайними радіо - і телеантеннами. Про те, що радіохвилі можуть змусити світитися лампочку без підключення до електромережі, знають ті, хто живе поруч з радіо - і телевышками. Тобто енергія в діапазоні радіохвиль, може бути уловлена і перетворений в електричний струм. А видиме світло, це таке ж електромагнітне випромінювання, тільки з іншими характеристиками.

Так само, як відгукується звичайна РЧ-антена на електромагнітну хвилю, наноантенна реагує на видиме світло і інфрачервоне випромінювання. Індукований змінний струм, який утворюється на поверхні антени, взаємодіє з падаючою хвилею і коливається з нею на тій же частоті. Відображає підкладка в антені може допомогти у зборі сонячної енергії, а потім відбувається вироблення потужності постійного струму шляхом випрямлення коливального змінного струму з допомогою спеціального діодного випрямляча.

Але в РЧ-антені, металева конструкція має ідеальну електропровідність. Робота нанотенн заснована на оптичному і інфрачервоному діапазонах електромагнітного випромінювання. У цьому випадку, метали вже не є ідеальними провідниками.

Тому для наноантенн використовують масиви вертикально орієнтованих нанотрубок їх графена. Але тут втручаються характеристики цих електромагнітних коливань. Адже для видимого світла, частота характеризується тераГерцовыми цифрами, тобто майже в мільйон разів вище, ніж радіохвилі. Щоб перетворити такі коливання в постійний струм, потрібно принципово нові діоди. Та ще їх розміри повинні бути співставні з параметрами оптичних ректенн.

Порівняння оптичних ректенн з фотоелементами

Кожен фотон в напівпровідникових сонячних елементах генерує экситон (електронно-діркову пару) яка і формує електричний струм. Однак пристрій поглинає тільки ті фотони, енергія яких перевищує енергії забороненої зони. Це обмежує ефективність перетворення до 44%, а в реальних пристроях набагато менше.

З іншого боку, класичні випрямлячі отримують електромагнітну енергію і перетворюють її в постійний струм з ефективністю досягає 100%. Сонячні ректенны призначені для роботи аналогічним чином з перспективою отримання дуже високої ефективності в широкому діапазоні електромагнітного спектра. Область оптичних ректенн представляється перспективною і привабливою з-за того, що теоретично досяжна 100% ефективність, а використовуваний матеріал недорогий і доступний. Перевага нанотенн можна сформулювати так:

  • Оптичні ректенны можуть досягати більш високої ефективності, ніж сонячні елементи, при собівартості 3-5 євро/м2;
  • Матеріал нанотенн широко доступний у вигляді тонких плівок, і процес виготовлення є недорогим у порівнянні із звичайними сонячними елементами;
  • Добова ефективність оптичних ректенн перевищує показники фотоелектричних пристроїв, тобто вони більш універсальні;
  • Альтернативні форми інфрачервоного випромінювання, такі як відпрацьоване тепло, також можуть бути уловлені оптичними ректеннами, тобто їх можна прикріпити на стіни всередині квартири, щоб генерувати електроенергію.

Однак технологія оптичних ректенн ще молода, і дослідження проходять в лабораторних умовах. Хоча в деяких дослідницьких центрах вже виготовлені дослідні зразки, вчені стикається з численними проблемами і обмеженнями.

Найбільші труднощі пов'язані з перетворенням видимого світла у постійний струм, адже швидкість роботи діодів визначається фемтосекундными інтервалами. Для досягнення максимальної ефективності, треба узгодити опір нанотенн і діодів, щоб забезпечити повну передачу потужності. А струм витоку діода повинен становити всього 1 мікроампер, що досить складно.

Перспективи вибухового наповнення ринку альтернативної енергетики

На думку провідних розробників нанотенн, існуючі обмеження повинні бути подолані в найближчі 1-3 роки. Враховуючи низьку собівартість таких генераторів, їх вихід на ринок альтернативної енергетики буде вибуховим. Буквально протягом 1-2 років, вони повністю витісняти сонячні панелі і інші генератори із сегмента відновлюваної енергетики.

 

 

 

 

 

Схема ректенны

схема 1. являє собою репрезентативний вид схематично ілюструє принципи роботи винаходи;

Схема 2. являє собою перспективну діаграму, що ілюструє, зокрема, варіант здійснення винаходу пристосоване для перетворення сонячної енергії в електричну;

Схема 3. це вид бічного перетину варіанти виконання, проілюстрованого на схемі 2.

 

Графенову підкладка

(а) Графенову оптична антенна модель, возбуждаемая лазерними променями;

(b) вид поперечного перерізу вкраплень графена зі світловим зміщенням;

(c) підвищення усереднених оптичних полів проти частот, де срібна антенна решітка на графеновий аркуші має кращий коефіцієнт посилення і розподіл електричного поля в точці контакту.

 

Графеновий приймач ЕМ випромінювання

(а) конструкція графенового антенного фотоприймального пристрою, сполученого з зовнішніми електродами;

(b) двовимірний полярний графік, що показує величину фотоструму і поляризаційну ізотропія фотоструму

(с) зовнішня квантова ефективність і фотоответ по відношенню до потужності, зображуючи лінійний відгук на зсув;

(d) спектри кінцево-різницевої часовій області (FDTD) від моделювання і спектри флуоресценції, які показують поляризаційну залежність люмінесценції із золотої антени.

 

Додати коментар

Вашу адресу email не буде опубліковано. Обов'язкові поля позначені *

\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});","html_block":"","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n<\/ins>\n\n<\/center>","html_block":"