Созданные учеными Массачусетского технологического института фотогальванические системы могут быть приведены в действие любым источником высокой температуры, например, солнцем. Специально спроектированный элемент вначале поглощает тепло, а затем излучает определенные длины волн, которые могут быть преобразованы в электричество.
Новый генератор энергии, использующий бутан, имеет размер кнопки и может служить в 3 раза дольше, чем литий-ионный аккумулятор. Другой генератор, использующий радиоизотопы, способен выдавать электроэнергию в течение 30 лет без заправки горючим и обслуживания, что делает его незаменимым для применения в открытом космосе.
Более 90% энергии получают цепочкой преобразований: высокая температура – механическая энергия – электричество. К недостаткам механических систем относят их невысокую надежность, низкую эффективность и невозможность минимизировать размеры. Новое устройство способно преобразовывать высокую температуру от различных источников в электричество, минуя движущиеся узлы. Инженер-исследователь института армейских нанотехнологий при Massachusetts Institute of Technology Иван Целанович утверждает, что разработка является не только относительно недорогой, но и миниатюрной: от нескольких миллиметров до нескольких метров.
Первые работы, касающиеся термо-фотогальванических генераторов, появились около 50 лет назад. Активные элементы солнечных батарей объединяли с источниками высокой температуры. Горящий углеводород подогревал тепловой эмиттер, излучающий высокую температуру и свет на элемент, производящий электричество. Однако в этих опытах большая часть тепла была потрачена впустую.
В новом генераторе получены именно те длины волн, которые подлежат преобразованию в электричество. Поверхность фотонного кристалла была «усыпана» цилиндрическими впадинами, так чтобы свет проходил через образец различным образом. Образец изготовили из вольфрама, расположив на поверхности в 1 см, на равном расстоянии друг от друга, миллиарды нано-отверстий. Проектируя нано-структуры, ученые получили возможность управлять поведением света и выделить свой спектр тепловой радиации.
По мнению И.Целановича каждая «яма» действует подобно резонатору, способному излучать волны определенной длины. Схема работает подобно акустическому резонатору, простейшим примером которого является морская раковина, расположенная рядом с ухом. Сравнив несколько образцов с различным диаметром, глубиной отверстий и интервалом между ними, были получены различные доминирующие длины волн.
В новом генераторе высокая температура от источника энергии повышает температуру фотонного вольфрамового кристалла, излучающего определенные волны, поглощаемые специальным элементом и преобразуемые в электричество. «Лишние» волны отражаются назад к кристаллу, поглощаются им и повторно излучаются. Полученное электричество можно отрегулировать в зависимости от приводимого в действие устройства.