Американські вчені зруйнували 165-річний закон фізики про природу енергії

Фізики з Пенсільванського університету оголосили про відкриття, що підриває 165-річний закон Кірхгофа про теплове випромінювання — фундаментальний принцип, який стверджував: будь-який матеріал поглинає і випромінює енергію на певній довжині хвилі однаково ефективно, під тим самим кутом. Відкриття може суттєво змінити підходи до створення ефективних сонячних панелей і систем перетворення сонячної енергії.

Вчені розробили новий багатошаровий матеріал із контрастом невзаємності 0,43 (за ідеальних умов за Кірхгофом — це має бути нуль), що свідчить про різницю між поглинанням і випромінюванням теплової енергії у широкому спектрі довжин хвиль. Для отримання таких властивостей використали п’ятишарову тонкоплівкову структуру із напівпровідників товщиною всього 2 мікрометри.

Вимірювання проводили за допомогою спеціального магнітно-термоемісійного спектрофотометра в умовах потужного магнітного поля, що дозволило отримати значний ефект невзаємності. Практично це означає: можна створювати матеріали, які поглинають більше енергії, ніж випромінюють, або направляють відбиту енергію у заданому напрямку.

Такі матеріали дозволять сонячним панелям ефективніше перетворювати світло на електрику, адже за класичним законом Кірхгофа частина поглинутої енергії завжди випромінюється назад і втрачається. Якщо ж використовувати невзаємні випромінювачі, можна збільшити загальний ККД сонячних батарей, або навіть двічі використати ту саму енергію, направляючи її на додаткові панелі.

Це відкриття може стати основою для нових високоефективних технологій у галузі відновлюваної енергетики та змінити підходи до створення матеріалів для енергетики та оптоелектроніки.