Израильские и немецкие ученые развивают применение полупроводников для получения энергии Солнца

25.04.2021 13:48

Новый метод измерения эффективности полупроводников открывает путь к  созданию более эффективных фотоэлектрохимических элементов.

​Новые открытия израильских ученых из Техниона, университета им. Бен-Гуриона и Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца углубляют наше понимание роли полупроводников в получении солнечной энергии.

Фотоэлектрические солнечные элементы - это устройства, преобразующие солнечный свет в электроэнергию. Однако солнечный свет доступен только несколько часов в день. Чтобы использовать его ночью или в пасмурные дни и обеспечить стабильное снабжение чистой энергией, ее необходимо накапливать. Один из подходов к этому - заряжать аккумуляторные батареи в течение дня, используя солнечную энергию, и разряжать их в сеть в ночное время. Для этого требуется крупномасштабное аккумуляторное хранилище, которое увеличивает стоимость солнечной энергии и эффективно только на краткий срок. Для длительного сезонного хранения требуются другие решения.

Другой подход, который является предметом исследований профессора Авнера Ротшильда из Техниона и его исследовательской группы, заключается в использовании фотоэлектрохимических элементов для преобразования солнечного света не в электричество, а в водородное топливо, получаемое путем расщепления молекул воды на водород и кислород. Накопленный водород может быть использован позже для производства электроэнергии или для других целей, таких как отопление, заправка электромобилей на топливных элементах и ​​различные промышленные процессы, такие как производство стали, нефтехимическая очистка и производство аммиака.

В основе фотоэлектрических и фотоэлектрохимических солнечных элементов лежит полупроводниковый фотопоглотитель - материал, способный поглощать фотоны и генерировать свободные носители заряда (электроны и "дырки"), которые создают ток. Но там, где в коммерческих солнечных элементах для этой цели используется кремний, фотоэлектрохимические элементы должны полагаться на другие материалы, которые демонстрируют большую совместимость с условиями, в которых элемент должен работать, например, стабильность в водных электролитах. Перспективным материалом для этой цели является гематит, распространенная форма оксида железа, химический состав которой подобен составу ржавчины.

Однако до сих пор гематит разочаровывал ученых: несмотря на 50 лет усилий, он дает менее 50% теоретической эффективности преобразования солнечной энергии. И вот теперь группа профессора Ротшильда в своей статье в журнале Nature Materials дала исчерпывающее объяснение этому "упрямству" гематита и представила новый способ оценки фактического предела эффективности как гематита, так и других полупроводников.

Ученые обнаружили, что потеря эффективности в гематите вызвана не только рекомбинацией носителей заряда (хорошо известным эффектом, поддающимся компенсации), но также эффектами внутреннего взаимодействия света с веществом, которые компенсировать невозможно. Согласно их гипотезе, часть электронов, возбужденных поглощенными фотонами, переходят в электронные состояния, которые не могут свободно перемещаться внутри материала, а поглощенные ими фотоны «тратятся впустую».

Используя ультратонкую (7 нм) гематитовую пленку, группа смогла измерить эффект в зависимости от длины волны, извлекая так называемый спектр эффективной фотогенерации. В сотрудничестве с исследовательской группой профессора Роэля ван де Крола из Института солнечного топлива в центре им. Гельмгольца они измерили аналогичный спектр с помощью другого метода, основанного на микроволновом диапазоне, подтвердив свои результаты. Низкая производительность гематитовых фотоэлектродов для преобразования и хранения солнечной энергии оказалась их фундаментальным свойством.

Новый метод измерения, созданный исследователями, позволит охарактеризовать другие материалы так же, как гематит, и собрать точные данные об их "пороге эффективности" и взаимодействии света и вещества в коррелированных электронных материалах с нетривиальными оптоэлектронными свойствами. Это откроет путь к более эффективному строительству фотоэлектрохимических ячеек, расширит наши возобновляемые источники энергии и позволит увеличить производство экологически чистого водородного топлива.

В исследовании приняли участие: д-р Дэниел Грейв, ученый факультета материаловедения Университета им. Бен-Гуриона в Негеве; Д-р Дэвид Эллис, Ифат Пикнер, д-р Хен Дотан, д-р Асаф Кей и проф. Авнер Ротшильд из Департамента материаловедения и инженерии и энергетической программы в Технионе; а также д-р Мориц Кёльбах, Патрик Шнелл, д-р Фатва Абди, д-р Деннис Фридрих и профессор Роэль ван де Крол из Института солнечного топлива в Центре им. Гельмгольца в Берлине. Исследование финансировалось Центром передовых исследований PAT при поддержке Израильского научного фонда.​

 

Источник: MFA
Фото: Ифат Пикнер, д-р Дэниел Грейв, проф. Авнер Ротшильд, д-р Дэвид Эллис / Технион

Отправьте эту страницу друзьям!

Оставьте свой комментарий!

Читайте также:

Наука и технологии
20.04.2021

Израильские ученые разработали новый метод очистки сточных вод

​Технология дает возможность селективно очищать воду, сохраняя необходимые растениям минералы.​...
Наука и технологии
4.01.2021

Изобретение ученых Техниона - технология толщиной в один атом

Разработки израильских исследователей открывают путь к созданию нового поколения миниатюрных и гораздо...
Наука и технологии
30.07.2020

В Израиле разработали самодезинфицирующуюся защитную маску

Дезинфекция осуществляется слаботочным нагреванием углеродного слоя в маске.​...
Наука и технологии
9.02.2020

Технология израильского Техниона поможет дышать недоношенным младенцам

Модель дыхательной системы новорожденного позволяет определить причины травм, вызываемых аппаратом...

Лента новостей:

Израиль
Израиль
20.01.2026

Глава МИД Саар в Чехии: «Призываю ЕС признать КСИР террористической организацией»

«Под покровом отключения интернета в Иране продолжаются репрессии. Режим аятолл...
Израиль
20.01.2026

Земельное управление начало снос штаб-квартиры UNRWA в Иерусалиме

Земельное управление Израиля приступило к сносу комплекса зданий Агентства ООН по помощи палестинским...
Израиль
19.01.2026

Замир: ЦАХАЛ готов к возможности внезапной войны

Армия обороны Израиля готова к возможности начала войны и обороне от угроз на разных фронтах - глава Генштаба.
В мире
В мире
21.01.2026

На воротах синагоги в Болгарии нарисовали свастику

Неизвестные осквернили ворота синагоги в Пловдиве, Болгария, нанеся на них нацистскую символику, включая свастику и руны...
В мире
21.01.2026

Трамп не отказался от военных действий против Ирана: реакция Тегерана

Дональд Трамп продолжает рассматривать военные варианты против Ирана.
В мире
20.01.2026

Парламент Ирана пригрозил джихадом в случае атаки на аятоллу Хаменеи

В заявлении подчеркивается, что покушение на верховного лидера будет рассматриваться не только как агрессия против Ирана, но и как...
В мире
20.01.2026

Центральное командование США перебросило эскадрилью F-15 на Ближний Восток

Центральное командование США объявило о прибытии эскадрильи истребителей F-15 на Ближний...
Бизнес
Бизнес
10.12.2025

Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.

Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая зятю президента США Джареду Кушнеру, участвует...
Бизнес
26.11.2025

La Liste 2025: девять израильских ресторанов среди лучших в мире

Восемь отмеченных заведений расположены в Тель-Авиве, еще одно – в Иерусалиме.
Бизнес
14.08.2025

Elbit Systems заключила контракт на 1,6 млрд долл

Израильский оборонный концерн Elbit Systems заключил сделку на...
Бизнес
6.08.2025

Elbit Systems стала самой дорогой компанией Израиля

Оборонный концерн Elbit Systems стал самой дорогой израильской...
Бизнес
3.06.2025

В мае израильские стартапы привлекли 550 млн долл

Израильский технологический сектор продолжает демонстрировать устойчивость...
Наука и технологии
Наука и технологии
1.12.2025

Рейтинг оборонных компаний SIPRI-2024: позиция израильской тройки и рекорд Ближнего Востока

Стокгольмский международный институт исследований проблем мира (SIPRI) опубликовал глобальный рейтинг ведущих оборонных...
Медицина
Медицина
15.06.2025

Обновленный режим работы медучреждений больничной кассы «Меухедет»

В связи с ситуацией в сфере безопасности и в соответствии с указаниями Министерства здравоохранения, в воскресенье...
Медицина
29.05.2025

В Израиле впервые пересадили искусственное сердце

В Израиле проведена успешная операция по трансплантации искусственного сердца.
Медицина
29.04.2025

Мобильная клиника: комплексное обследование для женщин рядом с домом

Около 140 женщин прошли обследование в передвижной клинике женского здоровья «Меухедет» в Гиватайме...
Медицина
26.12.2024

Астма: вдох-выдох

С началом зимы далеко не все радуются установлению желанной прохлады. Есть среди нас и те, кто встречает зиму с тревогой, опасаясь обострения хронического недуга. Эти люди...
Деньги
Деньги
16.11.2025

Экономика Израиля резко восстановилась

Экономика Израиля восстановилась в июле-сентябре, а ВВП увеличился на 12,4% в годовом исчислении.
Деньги
1.07.2025

Все израильтяне будут платить за обязательные солнечные панели на крышах

Главная цель инициативы — ускорить децентрализацию электросети и увеличить долю возобновляемой энергии....
Деньги
5.06.2025

Израиль продал вооружений на рекордные 14,8 млрд долл

Экспорт оборонной продукции Израиля в 2024 году составил рекордные $14,8 млрд.
Деньги
19.05.2025

«Битуах Леуми» меняет схему оплаты за резервистскую службу: вы получите больше

"Битуах Леуми" изменяет систему оплаты компенсации за резервистскую службу ("тигмулей милуим").
Культура
Культура
11.01.2026

Галь Гадот спродюсирует экшен-франшизу для Paramount

Галь Гадот выступит продюсером, а также может сыграть главную роль в новой экшен-франшизе от студии Paramount Pictures.
Культура
6.01.2026

Под маской сосуществования: новый документальный сериал вскрывает тревожное явление в Израиле

На этой неделе, со вторника по четверг (6–8 января), 14-й канал покажет премьеру трехсерийного...
Культура
19.11.2025

Портрет еврейской девушки кисти Климта продан за 236,4 млн долл

Портрет еврейской девушки Элизабет Ледерер, написанный австрийским художником Густавом Климтом, установил новый рекорд на...
Публицистика
Публицистика
18.01.2026
 Юрий Моор

«Свергнем диктатора-марионетку!»

Иду я, значит, вчера в Иерусалиме мимо Кнессета, мне навстречу...
Публицистика
15.01.2026
 Борис Прусский

Дихотомия бунта

Есть два вида революционеров. Одни в кавычках, другие в крови.
Публицистика
14.01.2026
 Гидеон Саар

Затыкание ртов и промывание мозгов

"На протяжении десятков лет (и в бытность министром юстиции) я сотни...
Публицистика
11.01.2026
 Аркадий Красильщиков

Миром всегда правила лишь сила

После ареста Мадуро все леваки, как попугаи, стали повторять: «Сила...
Публицистика
4.01.2026
 Сурен Карапетов

Шалом, израильтяне!

Нам пора остановиться, осмотреться по сторонам. Понять, что мы живём...
Репатриация
Репатриация
9.04.2025

Празднуем Песах на иврите: что нужно знать новым репатриантам

Вы, конечно, знаете, что такое маца. А Агада? А херут? Если вы новый репатриант, вам пригодятся базовые слова и фразы на иврите, связанные с...
Репатриация
30.03.2025

Как сегодня работают частные ульпаны в Израиле?

В конце 2024 года многие новые репатрианты столкнулись с проблемой: Министерство алии и интеграции временно остановило программу «Ваучер» по изучению...
Юмор
Юмор
9.08.2021

Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»‎

После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...
Юмор
30.01.2021
 Борис Прусский

Лимерика

Израильский певец и музыкант Борис Прусский посвятил шуточное стихотворение инаугурации...
Юмор
16.07.2020

Наши резервы

Мне совершенно не мешает ходить "оборванцем". И вот я вышел из дома в своем обычном виде по делам на угол Бегин-Каплан. В разгар...
Юмор
27.05.2020

Проверка Бузагло

"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."
Юмор
16.05.2020

Ограбление

Охана, владелец фирмы "Мойдодыр", совсем было собирался закрыть свой магазин, когда в помещение внезапно ворвался подозрительный тип с закрытым...