Les scientifiques qui cherchent des moyens d’amplier les capacités des générateurs d’énergie solaire ont découvert une méthode qui peut augmenter leur efficacité d’un facteur de 15.
La percée réside dans un « black metal » unique et à laser développé par des chercheurs Au cours des cinq dernières annéesqu’ils espèrent maintenant utiliser dans les générateurs solaires thermoélectriques (Stegs).
Les Stegs sont un type de dispositif électronique à l’état solide qui convertit l’énergie thermique en électricité via l’effet Seebeck – un phénomène qui se produit lorsque la différence de température entre les matériaux déplace les particules chargées et crée une force électromagnétique (EMF) ou une tension.
Un Steg contient des matériaux semi-conducteurs pris en sandwich entre un côté « chaud » et un côté « froid ». Lorsque le côté chaud est chauffé – soit par le soleil ou une autre source d’énergie thermique – le mouvement des électrons à travers le matériau semi-conducteur crée un courant électrique.
Le défi avec les Stegs existants est qu’ils sont extrêmement inefficaces, convertissant moins de 1% de la lumière du soleil en électricité. Cela contraste avec les panneaux solaires photovoltaïques que vous trouverez généralement attachés aux maisons des gens, qui convertissent environ 20% de la lumière qu’ils reçoivent en électricité.
Cependant, dans une nouvelle étude publiée le 12 août dans la revue Lumière: Science et applicationsles chercheurs ont utilisé des métaux traités au laser, également connus sous le nom de « métal noir » en raison de leur apparence profonde et noire d’encre, pour stimuler l’efficacité énergétique d’un générateur solaire thermoélectrique par un facteur de 15.
Traitement au laser
La méthode impliquait de faire exploser un morceau de tungstène avec des impulsions laser extrêmement rapides et précises pour gravir les rainures microscopiques dans sa surface. Ces « gravures à l’échelle nanométrique ont permis au tungstène d’absorber plus de rayonnement thermique et de le maintenir plus longtemps.
Les impulsions laser ont également pour effet de tourner la surface de tout noir de métal, augmentant leur capacité à absorber la chaleur. Les chercheurs ont ensuite couvert le tungstène noir d’un morceau de plastique pour créer une « mini serre » qui a piégé encore plus de chaleur.
Pour le côté froid du Steg, les scientifiques ont pris un morceau d’aluminium ordinaire et l’ont de nouveau fustigé avec des impulsions laser. Les minuscules gravures dans le métal ont créé un « dissipateur de chaleur micro-structuré » super élevé « que l’équipe a affirmé était deux fois plus efficace pour dissiper la chaleur par rapport à un dissipateur thermique typique en aluminium.
Pour tester le système, les chercheurs l’ont utilisé pour alimenter une LED sous la lumière du soleil simulé. Un Steg typique n’a pas pu éclairer la LED même lorsqu’elle est exposée à la lumière 10 fois plus forte que la lumière du soleil normale. Cependant, avec les deux côtés traités en utilisant le noir de métal, le dispositif a allumé la LED à pleine luminosité sous la lumière cinq fois plus forte que la lumière du soleil normale – équivalant à une augmentation de 15 fois de la puissance.
Bien qu’il ne remplace probablement pas les fermes solaires de si tôt, la technologie pourrait éventuellement être utilisée pour les capteurs de l’Internet des objets sans fil à faible puissance (IoT) ou les appareils portables, ou servir de systèmes d’énergie renouvelable hors réseau dans les zones rurales, ont déclaré les chercheurs dans un déclaration.
« Depuis des décennies, la communauté de la recherche se concentre sur l’amélioration des matériaux semi-conducteurs utilisés dans STEGS et a réalisé des gains modestes dans l’efficacité globale », » Chunlei guole co-auteur de l’étude, professeur d’optique et de physique, et scientifique principal au Laboratoire pour l’énergie laser de l’Université Rochester, dans le communiqué.
« Dans cette étude, nous ne touchons même pas les matériaux semi-conducteurs – nous nous sommes plutôt concentrés sur les côtés chauds et froids de l’appareil.
