ROCHESTER / LONDON (IT BOLTWISE) – Forscher der University of Rochester haben einen bedeutenden Fortschritt bei der Effizienz von solar-thermoelektrischen Generatoren erzielt. Durch den Einsatz von Femtosekundenlasern zur Oberflächenbearbeitung konnten sie die Leistung dieser Generatoren um das 15-fache steigern. Diese Entwicklung könnte neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Sensorik und im Bereich der Wearables eröffnen.
Ein Team von Wissenschaftlern der University of Rochester hat einen bemerkenswerten Durchbruch bei der Effizienzsteigerung von solar-thermoelektrischen Generatoren (STEG) erzielt. Diese Generatoren, die Wärme direkt in elektrische Energie umwandeln, litten bisher unter einem niedrigen Wirkungsgrad. Durch den Einsatz von Femtosekundenlasern zur Optimierung der Oberflächenstruktur konnten die Forscher die Leistung um das 15-fache steigern, was in der Fachzeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht wurde.
Der Schlüssel zu dieser Effizienzsteigerung liegt in der Verbesserung der Wärmeaufnahme und -abgabe des Systems. Auf der heißen Seite des Generators wurde ein dünnes Wolframblech mit einer speziellen Nanostruktur versehen, die durch ultrakurze Laserpulse erzeugt wurde. Diese Struktur färbt das Metall pechschwarz und verleiht ihm die Fähigkeit, über 90 Prozent des Sonnenlichts zu absorbieren, während die Wärmeabstrahlung im Infrarotbereich minimiert wird. Eine zusätzliche Kunststofffolie über der Oberfläche schafft eine isolierende Luftschicht, die den Wärmeverlust durch Konvektion reduziert.
Auf der kalten Seite des Generators wurde ein Aluminiumblech mit einer Mikrostruktur versehen, die die Wärmeabgabe an die Luft und die Wärmeabstrahlung verbessert. Diese Maßnahmen führen zu einer deutlich effizienteren Kühlung im Vergleich zu unbehandelten Blechen. Trotz dieser beeindruckenden Leistungssteigerung bleibt der absolute Wirkungsgrad der optimierten STEGs unter dem von herkömmlichen Solarzellen, was ihre Anwendung auf Nischenbereiche beschränkt.
Die Technologie könnte jedoch in Bereichen wie der Sensorik für das Internet der Dinge (IoT) oder in Wearables neue Möglichkeiten eröffnen. Da STEGs kompakt, leicht und wartungsarm sind, eignen sie sich besonders für autarke Sensoren in der Landwirtschaft oder zur Überwachung von Infrastrukturen. Die größte Herausforderung für eine breite Anwendung bleibt die Skalierbarkeit der Herstellung, da die Bearbeitung mit Femtosekundenlasern zeit- und kostenintensiv ist.
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