Солнечный свет разбивается на три основных компонента: видимый свет с длинами волн от 0,4 до 0,8 микрометра, ультрафиолетовый свет с длинами волн короче 0,4 микрометра и инфракрасное излучение с длинами волн длиннее 0,8 микрометра. Но солнечный свет составляет только часть общего спектра излучений, падающих на Землю.
Несмотря на широкое развитие солнечной энергетики, эта технология электрогенерации критически зависит от погодных условий и не является универсальной для получения электроэнергии в любой точке Земли. Поэтому работы по разработке технологии электрогенерации от излучений невидимого спектра излучения, которые постоянно существуют в любое время суток, в любой точке Земли и их интенсивность не зависит от погодных условий, являются приоритетной задачей учёных.
Первая такая технология разработана учёными компании Neutrino Energy Group и получила название Neutrinovoltaic. Название не означает, что электрогенерация происходит только из-за преобразования кинетической энергии частиц нейтрино, не имеющих заряда, в электрический ток. Holger Thorsten Schubart, президент компании Neutrino Energy Group в своих выступлениях неоднократно подчёркивал, что название, включающее в себя обозначение частиц «нейтрино» Neutrinovoltaic – это больше формирование бренда, чем суть самой технологии.
Учёным компании удалось создать наноматериал, который преобразовывает энергию окружающих энергетических полей невидимого спектра излучения в электроэнергию. Энергетические поля существуют 24 часа в сутки вне зависимости от погодных условий, обладая высокой проникающей способностью. Это делает равнозначным размещение источника энергии на улице, внутри помещения или, скажем, в подвале жилого дома.
Структура наноматериала – это и есть суть технологии и ноу-хау открытия. Наноматериал послойно наносится на металлическую фольгу, образуя плотноспрессованный тонкий слой, образующий единое целое с фольгой, что позволяет избежать отслаивания наноматериала во время работы и потерю его эксплуатационных свойств. Наноматериал состоит из чередующихся слоев графена и легированного кремния.
Важное значение имеет легирование наноматериала, хотя профессор Тибадо (University of Arkansas) показал, что и без легирующих элементов размещение слоя графена между 2 медными пластинами приводит к появлению переменного тока, причём частота переменного тока прямо пропорциональна числу касаний волны графена о медную пластинку (рис.1).
Через туннельный сканирующий микроскоп экспериментаторы наблюдали, что в графене возникала волна, подобно волне на поверхности моря, т.е. графен не может существовать в 2D-плоскости, а только в 3D-плоскости. Именно такое поведение графена позволило компании Neutrino Energy Group создать электрогенерирующий наноматериал.
Один слой графена генерирует очень маленькую мощность, практическое применение которой найти затруднительно. Компания Neutrino Energy Group применила процесс многослойного нанесения графена и кремния. Роль легирования наноматериала заключается не только в увеличении мощности, но и в выпрямлении генерируемого тока, чтобы он шёл в одном направлении.
Графен (углерод) и кремний относятся к 4 группе периодической системы химических элементов Менделеева и имеют 4 ковалентных связей.гиров И если удельная проводимость графена близка к удельной проводимости таких металлов, как медь, то кремний относится к классу полупроводников. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при комнатной температуре составляет около 1,5⋅10^10 см^-3. Поэтому для создания в кремнии электронной или электропроводности n-типа кремний допирован элементами 5 или 6 группы периодической системы Менделеева, как указано в патенте № EP3265850A1. Также в патенте указано, что графен легируется химическими элементами, обладающими магнитными свойствами.
Электрический ток, генерируемый наноматериалом, наносимым на металлическую подложку, направляется в одну сторону. Возникает вопрос, почему генерируется именно постоянный ток, а не переменный, как в опытах профессора Тибадо? В наноматериале графеновые волны каждого слоя одинаково воздействуют на обе кремниевые пластины, между которыми располагается слой графена, и по закону Ленца электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, поэтому заряженные частицы должны направляться в обе стороны, но они направляются только в одну сторону.
Анализ патента № EP3265850A1 показывает, что наряду с графеном и кремнием происходит легирование. Среди легирующих элементов есть германий, наносимый на слои кремния, и легирование графена оксидом самария. Я предполагаю, что плёнки из этих элементов могут создавать p-n переход, создающий эффект плёночного диода, пропускающий электрический ток только в одном направлении и блокируя прохождение электрического тока в другом направлении.
В следующем году планируется запуск двух промышленных производств в Швейцарии и Корее. Если в Швейцарии строится завод небольшой мощности (100 тыс. штук генераторов мощностью 5-6 кВт), то в Корее будет построена мегафабрика, которая к 2029 году планирует достигнуть ежегодной мощности производства 30 ГВт с дальнейшим увеличением объёмов производства. В настоящее время ведутся переговоры об организация промпроизводства Neutrinovoltaic генераторов и в ряде других стран.
На основе Neutrinovoltaic технологии разрабатывается самозаряжающийся Pi-Car электромобиль, корпус которого будет иметь ячейки генерации электроэнергии под воздействием окружающих энергетических полей и температуры нагрева корпуса от солнечных лучей. Pi-Car электромобиль планируется разработать в течение 3 лет.
Neutrinovoltaic технология открывает путь человечеству к безграничной энергии полей излучений невидимого спектра. Новые знания поднимут человечество на следующую ступеньку развития, позволяющую рационально и бережно относиться к природным ресурсам. Человек – только гость на Земле.
