Окна, способные генерировать электричество из солнечных лучей, это ближайший ориентир в развитии технологий использования возобновляемой энергии. Такие окна позволят значительно увеличить долю поверхности зданий, используемой для получения энергии. Что немаловажно в условиях города, при этом не будет страдать эстетический вид фасада.

Исследователи из Университета Миннесоты при поддержке итальянских коллег из Университета Милан-Бикокка приблизили эту цель к реализации, предложив методику создания эффективных люминесцентных солнечных концентраторов (LSC) на базе кремниевых наночастиц.

Концентратор является ключевым элементом фотоэлектрического окна. Он выделяет из проходящего солнечного света компоненты в нужном частотном диапазоне и концентрирует их на боковых торцах, где смонтированы небольшие солнечные батареи.

До последнего времени, самые лучшие результаты давали LSC со сравнительно сложной наноструктурой, использующие либо потенциально токсичные вещества, такие как кадмий и свинец, либо редкие и дорогостоящие — как индий.

Кремний выгодно отличается от этих вариантов тем, что он нетоксичен и представлен в окружающей среде в изобилии. Проблема, стоящая перед авторами публикации в Nature Photonics заключалась в том, что в обычном виде кремний не испускает свет.

«В нашей лаборатории, мы «перехитрили» природу, уменьшив габариты кремниевых кристаллов до нескольких нанометров, — рассказал профессор из Миннесоты Уве Кортшаген (Uwe Kortshagen), которому принадлежит заслуга изобретения процесса изготовления кремниевых наночастиц в плазменном реакторе. — При таких размерах свойства кремния меняются и он становится эффективным излучателем света, который, что важно, не поглощает своё собственное излучение. Это ключевая особенность, делающая кремниевые наночастицы идеальным вариантом для применения в LSC».

Авторы подчеркнули, что оптические характеристики наночастиц и их почти идеальная совместимость с технологическими процессами производства полимерных LSC открывают чёткий путь к созданию эффективных фотоэлектрических окон, которые будут улавливать свыше 5% солнечной энергии при беспрецедентно низких затратах.