Η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε θερμότητα πριν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπερδιπλασιάσει την αποδοτικότητα των ηλιακών κυττάρων και να ξεπεράσει ένα όριο αποδοτικότητας που καθορίστηκε πριν από 55 χρόνια.
Η μετατροπή του ηλιακού φωτός σε θερμότητα πριν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπερδιπλασιάσει την αποδοτικότητα των ηλιακών κυττάρων και να ξεπεράσει ένα όριο αποδοτικότητας που καθορίστηκε πριν από 55 χρόνια.
Το 1961, οι Αμερικανοί φυσικοί ΣόκλεΪ και Κέισερ υπολόγισαν τη μέγιστη θεωρητική απόδοση ενός συμβατικού ηλιακού κυττάρου από πυρίτιο σε περίπου 32%. Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία μπορεί να μετατρέψει μέχρι το 32% του εισερχόμενου ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, με το υπόλοιπο να μετατρέπεται σε άχρηστη θερμότητα.
Ωστόσο, μια ομάδα μηχανικών από το ΜΙΤ ανέπτυξε μια τεχνική που μπορεί να υπερδιπλασιάσει αυτή την απόδοση με το να μετατρέπει πρώτα το φως σε θερμότητα και στη συνέχεια πάλι σε ακτινοβολία, με ελεγχόμενο τρόπο. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός θερμοφωτοβολταϊκού στρώματος υψηλής τεχνολογίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει το συμβατικό ηλιακό συλλέκτη και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητά του.
Το θερμοφωτοβολταϊκό στρώμα βασίζεται σε νανοφωτονικούς κρυστάλλους που εκπέμπουν καθορισμένα μήκη κύματος του φωτός όταν θερμαίνονται. Το στρώμα απορροφά όλο το εισερχόμενο φως και το μετατρέπει σε θερμική ακτινοβολία με μήκη κύματος που μπορεί να επεξεργαστεί αποτελεσματικά από την υποκείμενη στρώση πυριτίου και να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.
Οι νανοφωτονικοί κρύσταλλοι του θερμοφωτοβολταϊκού στρώματος αποτελούνται από νανοσωλήνες άνθρακα που λειτουργούν σε θερμοκρασίες έως 1.000 βαθμών Κελσίου.
«Οι νανοσωλήνες άνθρακα απορροφούν σχεδόν τέλεια ολόκληρο το χρωματικό φάσμα» δήλωσε ο Ντέιβιντ Μπίερμαν, επικεφαλής της έρευνας. «Όλη η ενέργεια των φωτονίων μετατρέπεται σε θερμότητα», πρόσθεσε.
Το σύστημα θα χρησιμοποιεί συμβατικά μέσα εστίασης για να διατηρηθεί η υψηλή θερμοκρασία. Ένα πρόσθετο εξάρτημα, ένα προηγμένο οπτικό φίλτρο, θα επιτρέπει τη διέλευση όλων των επιθυμητών μηκών κύματος φωτός προς το φωτοβολταϊκό κύτταρο, ενώ θα αντανακλά πίσω όλα τα ανεπιθύμητα μήκη κύματος. Στη συνέχεια το σύστημα απορροφά πάλι αυτά τα ανεπιθύμητα μήκη κύματος, βοηθώντας να διατηρηθεί η θερμότητα των κρυστάλλων.
Εκτός από τη βελτίωση της απόδοσης, το ηλιακό θερμοφωτοβολταϊκό πάνελ θα παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σταθερά, ανεξάρτητα από παροδικές καιρικές μεταβολές.