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
11.12.2025

Нетаниягу дал обещание: будет создана независимая комиссия по расследованию 7/10

Премьер-министр Израиля Биньямин Нетаниягу пообещал, что будет создана независимая комиссия...
Израиль
10.12.2025

Израиль и Боливия возобновили дипломатические отношения

Министр иностранных дел Гидеон Саар и министр иностранных дел Боливии Фернандо Арамайо подписали в Вашингтоне соглашение...
В мире
В мире
10.12.2025

В Канаде опубликовали список солдат ЦАХАЛа

Канадское онлайн-издание опубликовало базу данных, которая содержит информацию о сотнях...
В мире
10.12.2025

Министр иностранных дел Гидеон Саар встретился с госсекретарем США Марко Рубио

Министр иностранных дел Гидеон Саар сегодня встретился в Госдепартаменте в Вашингтоне с государственным секретарем...
В мире
10.12.2025

Представитель США в ООН объявил о скором продвижении плана по Газе

"Теперь у нас есть это разрешение. Думаю, в ближайшее время мы увидим объявления о создании Совета мира под руководством...
В мире
10.12.2025

В Конгресс подан законопроект о выходе США из НАТО

В документе отмечено, что цель НАТО больше не соответствует национальным интересам США.
Бизнес
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 сумму $1,64 млрд с неназванной...
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...
Бизнес
18.03.2025

Брин покупает израильскую компанию Wiz за 32 млрд долл

Компания Alphabet, управляющая Google покупает израильский стартап...
Наука и технологии
Наука и технологии
1.12.2025

ЦАХАЛ получит лазерные перехватчики Iron Beam в конце месяца

"Ожидается, что лазерная система Iron Beam коренным образом изменит правила ведения боя."
Наука и технологии
30.11.2025

Израильский стартап разработал аналог Waze для навигации на море

Израильский стартап разработал платформу для навигации судов, аналогичную Waze.
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
31.03.2025

Коалиция не поддержала новоназначенного руководителя ШАБАК

"Замена человека с мировоззрением с Каплан другим человеком с похожим мировоззрением не решает проблему, а лишь увековечивает...
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
12.11.2025

Галь Гадот стала лауреатом премии Genesis

Актриса Галь Гадот стала лауреатом премии Genesis Prize 2026 года — ежегодной награды, которая отмечает вклад евреев в развитие человечества....
Культура
6.11.2025

Йорам Гаон на кинофестивале Самарии: «У кино Шомрона - большое будущее!»

Сотни зрителей собрались в Доме культуры Ариэля на открытии шестого международного...
Культура
4.11.2025

Галь Гадот станет «иконой Голливуда»

Актриса Галь Гадот, недавно получившая звезду на Аллее славы, удостоится еще одной престижной награды.
Культура
22.10.2025

В Самарии состоится шестой Международный кинофестиваль

В начале ноября в Самарии откроется шестой Международный кинофестиваль — событие, которое уже стало неотъемлемой частью культурного календаря Израиля....
Публицистика
Публицистика
9.12.2025
 Аркадий Красильщиков

Психология вины

"Социализм живуч, так как построен на психологии. Очень многие из нас привыкли существовать в...
Публицистика
7.12.2025
 Виктор Вальдберг

После погрома

"Сами журналисты, счастливо избежавшие встречи с про-палестинским хулиганьём, наверняка сделали для...
Публицистика
5.11.2025
 Деонис Спектор

Мамдец подкрался...

"Мамдани сегодня — это портрет, визитная карточка тех, кто называет себя демократической партией."
Публицистика
5.11.2025
 Аркадий Красильщиков

Нью-Йорк: очень тревожный сигнал

Демократам США надоело притворяться белыми и пушистыми. Маски сброшены.
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...
Репатриация
30.12.2024

Образование для детей, волонтерство для родителей: новый проект «Масы» и НААЛЕ

Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21 год содействует участию молодежи из разных стран в...
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...