Nové riešenie dokáže využiť takmer celé spektrum slnečnej energie a radikálne zvýšiť účinnosť solárnych článkov

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Samooskladacie štruktúry zachytávajú viditeľné aj inak stratené infračervené elektromagnetické žiarenie.

• Dva druhy fyzikálnej rezonancie násobne zvyšujú produkciu celkovej elektrickej energie.

• Výrobný proces funguje pri izbovej teplote bez potreby extrémnych podmienok.

Hoci na vonkajší povrch našej planéty dopadá nepretržite 89 000 terawattov slnečnej energie, súčasné komerčné technológie tento potenciál nedokážu využiť. Prirodzené slnečné žiarenie sa skladá len z nepatrného zlomku ultrafialového spektra, vyše 40 percent viditeľného svetla a obrovskej masy infračervených vĺn.

Tradičné fotovoltické články cielia predovšetkým na viditeľné svetlo, čím nechávajú neuveriteľných 50 percent dostupnej energie prúdiacej v infračervenom spektre nevyužitých. Kórejskí vedci z prestížneho výskumného inštitútu KU-KIST nedávno vyvinuli chemickú metódu, vďaka ktorej zachytia takmer 90 percent celého spektra.

Geniálnym riešením problému sú samooskladacie zlaté nanosféry, takzvané plazmónové koloidné superguličky, ktoré na ploche vytvárajú neviditeľnú pascu na všetky fotóny. Tieto mikroskopické štruktúry dosahujú priemer 2100 nanometrov a formujú sa zhlukovaním tisícok drobných zlatých nanočastíc stabilizovaných polymérmi.

Na ovládnutie neviditeľného spektra využívajú tieto inovatívne guličky dva úplne odlišné druhy rezonancie na svojom povrchu a vo svojom hlbokom jadre. Viditeľné svetlo je dokonale pohlcované prostredníctvom lokalizovanej povrchovej plazmónovej rezonancie, ktorá vznika rýchlym prepojením elektrických dipólov na plášti zlata.

Vnútorná infraštruktúra gule následne premieňa jadro na masívne dielektrické médium, čo okamžite umožňuje lapať nízkoenergetické infračervené vlny cez takzvanú magnetickú rezonanciu. Na otestovanie obrovskej energetickej využiteľnosti bol roztok superguličiek aplikovaný priamo na tvrdý keramický povrch komerčného termoelektrického generátora schnutím po kvapkách.

Po vytvorení rovnomernej štruktúrovanej tmavšej vrstvy vykazoval modifikovaný generátor vynikajúcu priemernú solárnu absorpciu 88,8 percenta pod silným umelým osvetlením. Zariadenie vďaka tomuto vylepšeniu vygenerovalo úctyhodný, 2,4-násobne vyšší elektrický výkon v priamom porovnaní s generátormi potiahnutými staršími individuálnymi vrstvami nanometrického zlata.

Termoelektrické generátory plnia v tomto chemickom procese kľúčovú úlohu transformátora, ktorý pasívne využíva známy Seebeckov fyzikálny jav na produkciu napätia. Tento princíp prevádza priamy rozdiel teplôt medzi ohrievanou hornou vrstvou panela a chladenou spodnou doskou na elektrický prúd prúdiaci do siete.

Schopnosť zlatých superguličiek brutálne zvyšovať objem generovaného tepla prudko mení hraničný teplotný gradient na keramickej platni v prospech neustálej výroby. Tento pokrok s ľahkosťou prekonáva bežné dielektrické absorpčné povlaky, ktoré okrem veľmi slabej zachytávacej schopnosti trpia aj priestorovou uhlovou citlivosťou a drahocennou údržbou. 

Výhodou plazmónových superguličiek je ich plynulá výroba schnutím, ktorá vôbec nevyžaduje astronomicky drahé vákuové komory ani špeciálne vysokoteplotné pece. Pevne nanesená krycia vrstva navyše spoľahlivo odoláva vzniku štrukturálnych defektov a garantuje rýchlu odozvu pri prudko sa meniacom oslnení zemského povrchu. Súčasný priemyselný vývoj zvyčajne naráža na limity nestabilných polymérnych materiálov, ktoré síce priťahujú prúd, no rýchlo sa degradujú vo vlhkom prostredí.

Použité čisté zlato vo forme nanoguličiek naopak netrpí fatálnymi oxidačnými procesmi ani predčasnou materiálovou únavou, takže životnosť takéhoto farbiva nemá fyzikálny limit. Udržanie naozaj konzistentného energetického výkonu bez obáv o postupnú stratu optických vlastností poskytuje inžinierom pevný základ pre návrh budúcich solárnych fariem.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Zachytenie stratových vlnových dĺžok zásadne zvyšuje účinnosť solárnych generátorov a výrazne zlacňuje výrobu termoelektrických zariadení.

Zdroj: newatlas.com foto: ACS Applied Materials & Interfaces 2026, DOI: 10.1021/acsami.5c23149