Енергетика
Наноантени для отримання сонячної енергії
Учений із США Брайан Вілліс (Brian Willis), що працює в Коннектикутський університет, зумів освоїти технологію атомно-шарового осадження і створив масив випрямляють наноантенн, званих ще в науковому світі ректеннамі.
Ректенни необхідні для створення «сонячних батарей підвищеної ефективності». Ця одна з наріжних тем, давно обговорюваних науковим співтовариством в теоретичному плані.
Значення створення цієї технології важко переоцінити. Справа в тому, що коефіцієнт корисної дії (ККД) сонячних кремнієвих батарей принципово не перевищує 33 відсотків, навіть в плані теорії, а наноантени, потужний крок до створення яких зробив Вілліс, можуть не тільки мати ефективність, що досягає 70-80 відсотків, а й коштувати на порядок менше. Правда, досі ці переваги виражалися не так справами, скільки словами.
Що таке наноантенн? Ніщо інше, як колектор електромагнітного випромінювання, необхідний для того, щоб поглинати енергію певної довжини хвилі. Один нюанс - довжина хвилі повинна бути пропорційна розміру наноантени. Важливо те, що резонансна частота антени, тобто частота, що надає всій системі найбільшу ефективність, росте разом з фізичними розмірами антени, як це і затверджується в відомої теорії антен СВЧ. З цього випливає, що випрямляє антена буде ефективна тоді, коли розміри її елементів будуть складати близько сотні нанометрів. Ось тут і починаються проблеми.
Сучасні наноантени є експериментальними. Вони виробляються методом електронно-променевої літографії, яка потрібна для виробництва тунельних діодів. Основа для цього - перехід: метал - діелектрик - метал. Сам по собі цей процес повільний, дорогий, паралельна обробка при його використанні неможлива, хоча в дослідницьких цілях він цілком годиться. Найважливішим плюсом при цьому явлется те, що він здатний надзвичайно точне дозвіл, критичне для роботи та ефективності наноантенн. Але й такий дорогий метод не дозволяє домогтися необхідної точності в 1-2 нм. Це означає, що максимальної ефективності, необхідної теорією, ректеннам не бачити. А що робити, коли мова йде про масове виробництво?
Як тільки завершується нарізка електродів наноантенн за допомогою електронно-променевої гарматою, Брайан Вілліс придумав використовувати покриття обох електродів атомами міді, використовуючи при цьому атомно-шарове осадження (аббр.- АСО). У цьому випадку точність первісної операції, виконуваної електронно-променевої літографією, може знаходиться в діапазоні 10-20 нм. Потім АСО дасть можливість довести відстань між електродами до так потрібних і необхідних 1,5 нм.
Малу відстань створює тунельний перехід, який дає електронам «зелене світло», завдяки якому їм вдається проскочити між двома електродами і надалі використовуватися для генерації постійного струму.
Фізик зі штату Пенсельванія (США), Дарін Циммерман (Darin Zimmerman), даючи свою оцінку цьому явищу, підкреслив, що: «Досі виготовляти практичні і відтворювані масиви ректенн було неможливо. Прототипи ректенн були не здатні використовувати сонячне світло в діапазоні від інфрачервоного до видимого »
«Зате у нас є перший варіант подібного пристрою, - заявив Вілліс. - Зараз ми вивчаємо варіант модифікації ректенн з метою найкращої частотної підстроювання ».
Таким чином, можна констатувати: якщо задумка вчених буде реалізована, то сонячну енергію чекає потужний прорив: матеріали, що застосовуються для створення наноантенн, коштують від $ 5 до 11 за квадратний метр. При цьому остання цифра стосується золотих наноантенн. Нагадаємо, що в разі кремнієвих фотоелементів вартість наближається до $ 400. з них $ 200 «йдуть» на кристалічний кремній.
