Forskare har designat en ljusupptagningstratt som absorberar solljus från alla håll och koncentrerar det till mindre områden, som högpresterande solceller. Genom att stapla flera trattar, var och en inställd på olika våglängder av ljus, forskarna förväntar sig att det skulle vara möjligt att omvandla hela solspektrumet till el med hög effektivitet.

Forskarna, ledd av Peter Jomo Walla vid universitetet i Braunschweig i Tyskland, har publicerat en artikel om ljusskördande trattarna i ett färskt nummer av Naturkommunikation .

Även om det finns andra solkoncentratorer som samlar upp solens energi från stora områden och riktar den mot mindre områden, dessa enheter har vissa begränsningar. Till exempel, de fungerar inte bra i skuggan, istället kräver direkt solinstrålning, och som ett resultat förlitar de sig vanligtvis på aktiva solspårningssystem.

Naturen har visat, dock, att det inte är omöjligt att designa en solfångare som övervinner dessa begränsningar. I levande organismer som använder fotosyntes, hundratals slumpmässigt orienterade pigment absorberar fotoner även från indirekt ljus, och kan leda energin mot ett fotosyntesreaktionscentrum. Varje steg i denna process sker med nästan 100 % effektivitet.

I den nya studien, forskarna modellerade de nya ljusskördande trattarna efter naturens design. Enheterna består av ett stort antal slumpmässigt orienterade "donator"-pigment som kan absorbera ljus från nästan alla infallsvinklar, och kanal den på ett mindre antal "acceptor"-molekyler som alla är orienterade i en enda riktning för att rikta ljuset mot en fotokonverteringsanordning. Detta koncept kan minska de inneboende förlusterna från tidigare solenergikoncentratorer till under 10 %.

"Genom att minimera de inneboende förlustmekanismerna hos tidigare ljuskoncentratorer, Jag tror att vi har hittat ett koncept och en prisvärd realisering som kan hjälpa till att leda till en mer utbredd användning av dyrbara högpresterande solceller, " berättade Walla Phys.org .

I tester, forskarna visade att den nya solkoncentratorn absorberar cirka 99 % av det infallande ljuset, med minimala förluster på grund av reabsorption och reflektion. Enheten har också en ljusomdirigeringskvanteffektivitet på 80 %, vilket forskarna noterar är den viktigaste parametern eftersom den beror på fotonernas speciella våglängd.

I framtiden, forskarna förväntar sig att dessa enheter kan staplas ovanpå varandra, med varje enhet som innehåller olika pigment som motsvarar olika spektralområden av solljus. Eftersom enhetens material är överkomligt, en staplad struktur kan leda till en låg kostnad, effektiv metod för att samla in solens energi från hela solspektrumet.

"Pigmenten som används i vår proof-of-principle-studie täcker för närvarande endast det blå spektralområdet och är inte tillräckligt stabila för långvarig exponering för solljus, " sa Walla. "Men, Vårt koncept tillåter screening av en mängd ytterligare stabila pigment i olika färger för deras förmåga att fungera antingen som ljusskördare eller ljusomdirigering. Vi är mycket entusiastiska över att hitta ytterligare lämpliga pigment och staplade arkitekturer för att i slutändan täcka hela solspektrumet med hög effektivitet."

© 2018 Phys.org