Золотые «супрашары» почти вдвое повысили поглощение солнечной энергии в тестах

Этот супрашар (вверху) диаметром 2100 нанометров состоит из сотен крошечных наночастиц золота (внизу), созданных для повышения поглощения солнечной энергии. Автор: Adapted from ACS Applied Materials & Interfaces 2026, DOI: 10.1021/acsami.5c23149

Солнечные лучи несут в себе огромное количество энергии. Однако современные технологии её сбора не используют весь доступный потенциал. Теперь в журнале ACS Applied Materials & Interfaces исследователи сообщают, что золотые наносферы, названные супрашарами, способны поглощать почти все длины волн солнечного света, включая те, которые пропускают традиционные фотоэлектрические материалы. Нанесение слоя супрашаров на коммерчески доступный преобразователь энергии показало, что эта технология почти вдвое увеличивает поглощение солнечной энергии по сравнению с традиционными материалами.

Почему золотые супрашары уникальны

Учёные исследуют материалы, поглощающие свет во всём солнечном спектре, чтобы улучшить сбор солнечной энергии. Наночастицы (НЧ) золота и серебра рассматривались как решение, поскольку их легко и экономично производить, но их поглощение света ограничено видимым диапазоном — лишь частью полного спектра.

Чтобы захватить дополнительные длины волн, включая ближний инфракрасный свет, Джевон Ли, Сынву Ли и Кён Хун Ро предложили использовать самоорганизующиеся золотые супрашары. Эти структуры состоят из золотых НЧ, которые собираются вместе, образуя крошечные сферы. Диаметр супрашаров был подобран так, чтобы максимизировать поглощение длин волн, присутствующих в солнечном свете.

От симуляций к реальным плёнкам

Сначала исследователи использовали компьютерное моделирование для оптимизации конструкции отдельных супрашаров и прогнозирования характеристик плёнок из них. Результаты симуляций показали, что супрашары должны поглощать более 90% длин волн солнечного света.

Затем они создали плёнку из золотых супрашаров, высушив жидкий раствор со структурами на поверхности коммерчески доступного термоэлектрического генератора (ТЭГ) — устройства, преобразующего световую энергию в электричество. Плёнки создавались в обычных комнатных условиях — без необходимости в чистых помещениях или экстремальных температурах.

Увеличение поглощения в тестах

В демонстрациях с использованием светодиодного солнечного симулятора ТЭГ с покрытием из супрашаров показал среднее поглощение солнечного света около 89%, что почти вдвое больше, чем у ТЭГ с обычной плёнкой из отдельных золотых наночастиц (45%).

«Наши плазмонные супрашары предлагают простой путь для сбора полного солнечного спектра, — говорит Сынву Ли. — В конечном счёте, эта технология покрытия может значительно снизить барьер для создания высокоэффективных солнечно-тепловых и фототермических систем в реальных энергетических приложениях».

Интересный факт: золото, несмотря на свою высокую стоимость, уже давно используется в передовых технологиях, включая космические аппараты и медицинскую диагностику, благодаря своим уникальным оптическим и химическим свойствам. Новое исследование показывает, что даже минимальное количество драгоценного металла, структурированного в виде наночастиц, может кардинально повысить эффективность энергетических устройств.

Источник: American Chemical Society