1. Трішки історії
2. Нове покоління носіїв
3. Сонячні батареї і диски Blu-Ray

Не завжди наукові відкриття здійснюються усвідомлено. Досить часто, вивчаючи одні явища, дослідники стикаються з побічними ефектами, пояснення яким дати не можуть. У 1839 році французький вчений Олександр Беккерель, досліджуючи властивості електролітів, випадково зіткнувся з тим, що згодом було названо фотовольтаїки. В кінці XIX століття німець Генріх Герц, працюючи з цинковими разрядниками, випадково виявив, що світло, особливо в ультрафіолетовій частині спектру, впливає на проходження іскри. Щось схоже сталося з дослідженнями в області створення новітніх носіїв інформації. Працюючи над структурою цих нових носіїв, вчені випадково зіткнулися з явищем, яке може зробити революцію в сонячній енергетиці. Ефект був настільки неординарним, що ще зовсім недавно багато ЗМІ рясніли заголовками на кшталт «Компакт-диски замінюють сонячні панелі», «Сонячні батареї з дисків».

Трішки історії

Навряд чи творці лазерних дисків могли припустити, до чого призведе вдосконалення технології виготовлення їх дітища. Створюючи носії з лазерним записом інформації, вони переслідували одну-єдину мету - отримати матеріал, з якого можна було б виготовляти диски з можливістю якісного запису звуку і зображення. Так з'явилися CD-диски і трохи пізніше DVD-диски. Ємність цих носіїв була невеликою - близько 700 мегабайт на CD і 4.5 гігабайт на DVD. На диску DVD користувач міг зробити двогодинну відеозапис невисокої якості. Такий диск, як правило, складається з двох полікарбонатних шарів і активного шару, розташованого між ними.

Щоб прочитати дані, лазерний промінь повинен пробити шар полікарбонату. Іноді через якихось флуктуацій полікарбонат розкладає промінь лазера на два пучка, тоді пристрій, що зчитує не може розпізнати інформацію. Подвійне променезаломлення вимагає високоточної юстирування для вирівнювання полікарбонатних променів. Але і така юстирування не допоможе, якщо промінь був сильно спотворений. А спотворений він може бути, оскільки запис відбувається лазерним променем в червоній області спектра, а отже, мають велику довжину хвилі, що позначається на щільності і на якості запису.

Нове покоління носіїв

Наступні зусилля дослідників були спрямовані на пошук способів і матеріалів, за допомогою яких можна було б збільшити щільність і якість запису на носії. Результатом цих досліджень став формат HD DVD, який дозволяв записувати значно більші обсяги інформації і з високою якістю запису. Це стало можливим завдяки розробленій новій технології отримання матриць для дисків. Новий диск складався з більш щільних шарів, ніж його попередник, і записувався / читався більш тонким лазерним променем, ніж звичайні диски. Це дозволило записувати в три рази більше інформації на одношаровий диск і в шість разів більше на двошаровий.

Запис на CD, DVD, Blu-Ray дисках

І, нарешті, з'явився зовсім новий формат - Blu-Ray. Уже сама назва говорить про те, що в процесі запису / зчитування використовується синій лазер, тобто всі операції з носієм виробляються лазером з синім променем. Луч синьої частини спектра має коротшу довжину хвилі, ніж промені червоної частини спектра, що дозволило проводити запис / читання променем, що має незрівнянно більш тонку фокусування, завдяки чому різко підвищилися якість і щільність запису, а також швидкість зчитування інформації. Одношаровий диск Blu-Ray здатний зберігати в п'ять разів більше інформації, ніж диск DVD, а двошаровий - в десять разів. А якщо врахувати, що нова технологія дозволяє отримувати багатошарові матеріали, то переваги цього формату перед іншими стають очевидними.

Сонячні батареї і диски Blu-Ray

Коли були вивчені всі достоїнства дисків Blu-Ray і їх переваги перед звичайними дисками DVD, коли вже зайшла мова про завершення робіт з цієї тематики, сталася та сама випадковість, добре відома багатьом поколінням дослідників. У лабораторії Північно-Західного університету, що знаходиться в штаті Іллінойс, США, проводилися роботи з дисками Blu-Ray і матеріалами, з яких ці диски виготовляються. У цій же лабораторії проводилися дослідні роботи з сонячними батареями різних типів. І ось невідомо, хто саме, але хтось зовсім випадково поклав диск Blu-Ray на робочу поверхню гелиевой панелі. Це було в кінці робочого дня, а наступного ранку, коли дослідники включили свою апаратуру, вони виявили різке збільшення електричних показників сонячної батареї.

Коли був виявлений і зафіксований факт збільшення поглинання світла при накладенні диска Blu-Ray на панель сонячних батарей, керівник лабораторії професор Північно-Західного університету в Іллінойсі Цзясин Хуань і його співробітники провели ряд експериментів. Метою цих експериментів було переконатися в тому, що зміна характеристик светопоглощения при накладенні маски Blu-Ray на сонячну батарею було випадковістю, а закономірністю. Раніше професором і його колегами висловлювалися припущення про те, що ефективність сонячних батарей різних типів може бути істотно змінена в кращу сторону, якщо на робочу поверхню батареї нанести деякі оптичні маски. Але це були тільки здогади. Тепер же ці здогадки отримали експериментальне підтвердження.

Заготівля матриці структури Blu-Ray

Почалася робота по дослідженню структури Blu-Ray у взаємодії з гелієвими панелями. З'ясувалося, що чиста маска без запису не робить будь-якого позитивного ефекту. Дослідники встановили, що для отримання максимального ефекту на матрицю повинна бути записана деяка інформація. І величина ефекту безпосередньо залежить від алгоритму стиснення інформації, будь це відео або просто звук. При проведенні експериментів дослідники використовували всі доступні їм способи і матеріали. В експериментах були задіяні навіть Blu-Ray диски з чорно-білими фільмами. В результаті цих експериментів було встановлено, що найвища ефективність светопоглощения досягається в разі, коли відстань між «1» і «0» знаходяться в проміжку від 150 нанометрів до 525 нанометрів.

Дослідники встановили, що для того, щоб різко підвищити ефективність сонячних батарей, в маску повинна бути записана якась інформація. Ця інформація (комбінація «1» і «0») може мати три структури: впорядковану, випадкову і квазіслучайном. Після численних експериментів за робочу структуру була прийнята квазіслучайном (тобто з дослідженням деяких закономірностей). Справа в тому, що при впорядкованої структури маска пропускала тільки певну частину спектру, при випадковій - надлишок спектра у вигляді хвиль непотрібної довжини.

Структура цифрового запису маски

Так ось диск Blu-Ray із записаною на нього відео і виявився саме тією самою квазіслучайном структурою. В якості такої відеоінформації вчені використовували для експериментів фільм «Суперполіцейський», в якому головну роль зіграв Джекі Чан. По матриці цього диска виготовили пластиковий зліпок, який і став основою для сонячної батареї. Цю плівку наклали на серійну сонячну панель середньої потужності. Результат перевершив всі очікування. Ретельні виміри показали ефективність цього сонячного модуля в 21.8%, що майже вдвічі перевищило її номінальні характеристики.

Таким дивним чином перетнулися технологія Blu-Ray, цифровий запис на диски і сонячна фотовольтаїка. Поки дослідження припинені через відсутність фінансування. Але, якщо знайдуться інвестори, зацікавлені в отриманні високоефективних гелієвих батарей, розроблені технології дуже швидко будуть реалізовані.