Solcellepaneler har eksistert en stund nå, men materialene de er laget av, gjør dem ikke i stand til å konvertere mer enn omtrent en fjerdedel av solens energi til brukbar strøm. I følge MIT-beregninger trenger et gjennomsnittlig hus i solfylte Arizona fortsatt cirka 574 kvadratmeter med solcellepaneler (forutsatt om lag 15 prosent effektivitet) for å dekke det daglige energibehovet. I kjølige og gråvinterede Vermont ville det samme huset trenge 861 kvadratmeter. Det er mye paneling.
Derfor har MIT-forskere eksperimentert med en helt ny prosess for å konvertere sollys - en som utnytter ekstremt høye temperaturer for å øke effektiviteten. Hvis det fungerer i stor skala, kan vi se vilt mer effektive solcellepaneler de kommende årene, og potensielt endre spillet for solenergi.
"Med vår forskning prøver vi å adressere de grunnleggende begrensningene i fotovoltaisk energiomstilling, " sier David Bierman, en av forskerne som leder prosjektet.
Teknologien gjør sollys til varme, og konverterer deretter varmen tilbake til lys. Prosessen bruker en lyskonsentrator av slag som kalles en "absorber-emitter", med et absorberende lag med solide, karbon nanorør som gjør sollys til varme. Når temperaturene når 1000 grader (så varmt som lava fra mange vulkaner, bare for å gi deg en ide), sender et utsende lag, laget av fotonisk krystall, energien tilbake som den typen lys som solcellen kan bruke.
Et optisk filter reflekterer bort alle lyspartiklene som ikke kan brukes, en prosess som kalles "fotongjenvinning." Dette øker effektiviteten dramatisk, og gjør cellene så mye som dobbelt så effektive som dagens standard.
Passende nok heter teknologien kallenavnet "varme solceller." Cellene ble nylig kåret til en av MIT Technology Review 's "10 Breakthrough Technologies of 2017." Redaktører ved publikasjonen har samlet denne listen årlig siden 2002. I år har teknologiene, fra hjerneimplantater til selvkjørende lastebiler til kameraer som kan ta 360-graders selfies, "vil påvirke økonomien og politikken vår, forbedre medisinen eller påvirke kulturen vår, " ifølge MIT Technology Review . "Noen utspiller seg nå; andre vil ta et tiår eller mer å utvikle seg, " sier redaktørene. "Men du burde vite om dem alle akkurat nå."
De sorte karbon-nanorørene utgjør panelets absorber-emitterlag. (MIT) Teknologien er overlegen standard solceller på et veldig grunnleggende nivå. Halvledermaterialet til standardceller, som nesten alltid er silisium, fanger vanligvis bare lys fra det fiolette til røde spekteret. Dette betyr at resten av sollys-spekteret går tapt. På grunn av dette grunnleggende problemet, kan solceller bare konvertere omtrent en tredjedel av sollys-energien til elektrisitet. Denne øvre grensen, den maksimale teoretiske effektiviteten til en solcelle, kalles Shockley-Queisser-grensen. Solcellepaneler laget for hjemmekonvertering konverterer vanligvis langt mindre enn Shockley-Queisser-grensen, ettersom de mest effektive materialene fremdeles er ekstremt dyre. Men med de varme solcellene, kan denne grensen på plass i mer enn 50 år være historie.
På dette tidspunktet har forskere bare en prototype. Det kan gå et tiår eller mer før vi ser disse varme solcellene på markedet. Akkurat nå er materialene så dyre at det ville være vanskelig å gjøre cellene om til paneler av den størrelsen som trengs for kommersiell bruk.
"Vi må løse en hel rekke problemer relatert til oppskalering av enheten for å faktisk generere krefter som er nyttige løsninger for mennesker og deres problemer, " sier Bierman.
Bierman, og kollegene hans på prosjektet, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan og Evelyn N. Wang, er optimistiske for at de kan overvinne disse grensene. De håper også å finne ut hvordan de skal lagre ekstra varme til senere bruk. Det kan bety ren energi på de skyeste vinterdager. Til og med i Vermont.
