Fekete fém és a Seebeck-effektus
A STEG-ek a Seebeck-effektus alapján működnek: egy forró és egy hideg oldal közé félvezető anyagot helyeznek, a hőmérséklet-különbség hatására elektromos feszültség keletkezik. Míg egy hagyományos napelem körülbelül 20% hatásfokkal dolgozik, a STEG-ek eddig kevesebb mint 1%-ot tudtak elérni. Most azonban a lézerrel strukturált „fekete” volfrám felület az infravörös sugárzás jelentős részét elnyeli és hosszabb ideig megtartja a hőt, ezzel drasztikusan javítva a hő–áram átalakítást.
Lézerrel maratott felületek: újragondolt hőkezelés
A módszer lényege, hogy gyors, precíz lézerimpulzusokkal nanoszkopikus barázdákat égetnek a volfrám felületébe, amitől az koromfeketévé válik, és még jobban gyűjti a hőt. A kutatók egy műanyag fedést is alkalmaztak rá, amely miniatűr üvegházként tovább fokozza a hőcsapdát.
A hűtő (hideg) oldalhoz szintén lézerrel strukturált alumíniumot használtak. Az apró mintázatok kétszer hatékonyabb hőleadást biztosítanak, mint a hagyományos alumínium hűtőbordák.
Tizenötszörös teljesítménynövekedés és jövőbeli lehetőségek
A rendszer tesztelése során a kutatók egy LED-et világítottak meg szimulált napfény mellett. Hagyományos STEG-gel maga a lámpa sem gyulladt volna fel, hiába kapott tízszeres napfényt – ezzel szemben az új fejlesztéssel ötszörös napfény alatt is maximális fényerőt adott, vagyis tizenötszörös energianyereséget értek el.
Habár a fekete fémes STEG-technológia nem veheti át a napelemfarmok helyét, kiválóan alkalmas lehet alacsony energiaigényű szenzorokhoz, hordható eszközökhöz vagy távoli, hálózattól független napelemes rendszerekhez. A kutatók szerint az előrelépés kulcsa az volt, hogy nem a félvezető anyagon, hanem a meleg és a hideg oldalon javítottak jelentősen.
