อุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ชนิดใหม่สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าในปริมาณที่มีประโยชน์จากแหล่งที่แผ่ความร้อนที่อุณหภูมิปานกลาง นักวิจัยจาก Sandia National Laboratories ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งประสบความสำเร็จในการกู้คืนความหนาแน่นของพลังงานระหว่าง 27–61 μ W/ cm2จากแหล่งความร้อนที่ 250–400 °C กล่าว เทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานใหม่อาจใช้กับความร้อนเหลือทิ้งจาก
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือโรงงานผลิตสารเคมี
ตามที่Paul Davidsซึ่งเป็นผู้นำในการวิจัยดังกล่าว ยังช่วยในการพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนขนาดกะทัดรัดสำหรับโพรบอวกาศห้วงอวกาศและการใช้งานระยะไกลอื่นๆ ได้อีกด้วย
อุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์มาตรฐาน (เช่น เซลล์แสงอาทิตย์) ทำงานโดยการดูดซับรังสีที่ตกกระทบผ่านแถบคาดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้มักจะมีจุดเชื่อมต่อ pn ที่ออกแบบมาเพื่อให้แสงถูกดูดกลืนภายในขอบเขตของอุปกรณ์ที่เรียกว่าความกว้างของการพร่อง เมื่อบริเวณนี้ดูดซับโฟตอน คู่อิเล็กตรอนที่เป็นผลลัพธ์จะถูกแยกจากกันตามพื้นที่ด้วยสนามไฟฟ้าภายในของภูมิภาค และการแยกประจุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดทั่วทั้งอุปกรณ์
อุปกรณ์ประเภทนี้ทำงานได้ดีสำหรับโฟตอนที่มีพลังในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์ที่เกิดจากดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งมีอุณหภูมิร่างกายสีดำที่มีประสิทธิภาพประมาณ 6000 °C อย่างไรก็ตาม วัตถุที่อุณหภูมิระหว่าง 100 ถึง 400 °C จะปล่อยแสงส่วนใหญ่ในส่วนอินฟราเรดความร้อนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีความยาวคลื่นระหว่าง 7-12 μ m ความร้อนเหลือทิ้งที่แผ่ออกมาจากกระบวนการทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่จำนวนมากตกอยู่ในช่วงนี้ ดังนั้นการนำความร้อนเหลือทิ้งไปใช้ให้เกิดประโยชน์แม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก
อุโมงค์ช่วยโฟตอนปัญหาคือเมื่อพลังงาน
โฟตอนลดลงและเข้าใกล้พลังงานความร้อนของคอนเวอร์เตอร์ คอนเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิกมาตรฐานจะไม่มีประสิทธิภาพมากนัก ข้อเสียนี้ทำให้ทีมของเขาแสวงหาทางเลือกอื่นในการสร้างกระแส
“ในอุปกรณ์ของเรา โฟโตเคอร์เรนต์ที่เกิดจากคู่รูอิเล็กตรอนไม่ได้มาจากการดูดกลืนโฟตอน แต่มาจากการขุดอุโมงค์ด้วยโฟตอน” เขาอธิบาย “อุโมงค์นี้ทำหน้าที่ส่งประจุเข้าไปในอาร์เรย์เป็นระยะ ๆ ของหลุมที่เกิดขึ้นจากทางแยก pn แบบ interdigitated ภายใต้ตะแกรงโลหะที่มีความยาวคลื่นใต้น้ำของเรา”
กระแสไฟในอุโมงค์ช่วยด้วยโฟตอนถูกขับเคลื่อนโดยรังสีอินฟราเรดที่อยู่ภายในกำแพงกั้นอุโมงค์ของอุปกรณ์ ซึ่งนักวิจัยได้ประดิษฐ์ขึ้นจากชั้นซิลิกอนไดออกไซด์ที่มีความหนาเพียง 3-4 นาโนเมตร โครงสร้างนี้เป็นเส้นทางเดินรถทางเดียวที่โดดเด่นสำหรับอิเล็กตรอนที่จะแยกออกจากรู นำไปสู่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดขนาดใหญ่ทั่วทั้งอุปกรณ์และการแปลงรังสีอินฟราเรดเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ
พื้นที่สมัครอุปกรณ์ที่พัฒนาโดย Davids และเพื่อนร่วมงานสามารถทำได้โดยใช้กระบวนการ CMOS มาตรฐานที่ใช้เป็นประจำในการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง ซึ่งหมายความว่าสามารถประดิษฐ์ได้ในปริมาณมาก ในระยะใกล้ นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาต้องการใช้เทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานเพื่อพัฒนาแหล่งจ่ายไฟสำหรับยานสำรวจห้วงอวกาศ ซึ่งไม่สามารถใช้เซลล์แสงอาทิตย์ได้เนื่องจากอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากเกินไป อุปกรณ์ Sandia ยังสามารถให้พลังงานเพียงพอสำหรับใช้เป็นแหล่งผลิตพลังงานไฟฟ้าหลัก หรือเป็นส่วนเสริมของวิธีการเทอร์โมอิเล็กทริกมาตรฐาน Davids กล่าว
การค้นหาผู้สืบทอดของซิลิกอน
การใช้งานที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการกู้คืนพลังงานไฟฟ้าจากศูนย์ข้อมูลคลาวด์คอมพิวติ้งขนาดใหญ่ ซึ่งกระจายความร้อนจำนวนมากและต้องระบายความร้อนอย่างต่อเนื่องเพื่อให้โปรเซสเซอร์ต่ำกว่า 120 °C “ถ้าเราสามารถกู้คืนพลังงานไฟฟ้าจากความร้อนเหลือทิ้งนี้ เราสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของส่วนที่กำลังเติบโตของตลาดการใช้พลังงาน” Davids กล่าวกับPhysics World
นักวิจัยซึ่งรายงานงานของพวกเขาในScienceกล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงของอุปกรณ์ และทำให้กระบวนการผลิตง่ายขึ้น “ในขณะที่เราปรับปรุงประสิทธิภาพของเทคโนโลยีของเราอย่างต่อเนื่องและขยายไปสู่พื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น เรามั่นใจว่าจะมีการใช้งานในด้านอื่นๆ อีกมากมาย” Davids กล่าว “นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมต่อที่น่าตื่นเต้นหลายประการกับความก้าวหน้าล่าสุดในการระบายความร้อนด้วยโฟโตนิกแบบพาสซีฟและตัวปล่อยแสงแบบมีโครงสร้าง ซึ่งเมื่อรวมกับเทคโนโลยีของเราสามารถเปิดช่องทางอื่นๆ ที่ไม่ได้ใช้สำหรับการสร้างพลังงานและการฟื้นฟู”
แก้ไขข้อผิดพลาดสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ Hennrich กล่าวว่างานล่าสุดอาจถูกใช้เพื่อปรับปรุงการแก้ไขข้อผิดพลาดในคอมพิวเตอร์ควอนตัมเนื่องจากการวัดที่อ่อนแอโดยหลักการแล้วอาจอนุญาตให้ตรวจพบข้อผิดพลาดในสถานะควอนตัมโดยไม่ทำลายสถานะเหล่านั้นในกระบวนการ
นักวิจัยยังต้องการตรวจสอบความเป็นไปได้ของการวัดในอุดมคติที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งกระบวนการวัดจะส่งผลต่อสถานะต่างๆ มากกว่าแค่สถานะเดียว “กระบวนการดังกล่าวมีอยู่เป็นกระบวนการทางธรรมชาติและสามารถนำไปปฏิบัติได้ด้วยความถูกต้องเทียบเท่ากับการทดลองของเราหรือไม่เป็นคำถามที่เปิดกว้าง” พวกเขาเขียน
ควรจะเป็นไปได้ที่จะสร้างวัสดุที่นำทั้งกระแสไฟฟ้าและพลังงานกระตุ้น exciton อย่างมีประสิทธิภาพ 100% และที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง ตามทฤษฎีของนักเคมีในสหรัฐอเมริกา พวกเขาคำนวณว่าวัสดุดังกล่าวจะมีอยู่ในสถานะควอนตัมเดียว แต่จะแสดงให้เห็นคุณสมบัติของคอนเดนเสทที่แตกต่างกันสองชนิด อันหนึ่งทำจาก exciton และอีกอันทำจากเฟอร์เมียนคู่
คอนเดนเสทของโบส–ไอน์สไตน์สร้างขึ้นโดยการทำให้ก๊าซของอนุภาคเย็นลงเพียงพอที่ความยาวคลื่นเดอบรอกลีของอนุภาคแต่ละตัวเทียบได้กับระยะห่างระหว่างอนุภาค – ทำให้ระบบสามารถควบแน่นเป็นสถานะพื้นดินควอนตัมเดียว อนุภาคต้องเป็นโบซอนซึ่งมีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม ดังนั้นทั้งหมดจึงสามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันได้พร้อมกัน อย่างไรก็ตาม คอนเดนเสทยังสามารถทำจากเฟอร์มิออนที่ปั่นเป็นคู่ที่ถูกผูกไว้ได้ เนื่องจากเฟอร์มิออนคู่หนึ่งมีการหมุนเป็นจำนวนเต็มและดังนั้นจึงเป็นโบซอน
Credit : watcheslaw.net watjes.net watsonjewelry.net wickersleypartnershiptrust.org
