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

6

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
20.05.2026

ЦАХАЛ: трое военнослужащих ранены в Южном Ливане, один — тяжело

Трое военнослужащих Армии обороны Израиля получили ранения в результате падения ударного беспилотника на...
Израиль
20.05.2026

Кнессет поддержал законопроект о самороспуске в предварительном чтении

Кнессет одобрил в предварительном чтении законопроект о роспуске парламента 25-го созыва.
Израиль
20.05.2026

ЦАХАЛ уничтожил средство наблюдения «Хизбаллы» в гражданском здании

ЦАХАЛ сообщил об уничтожении средства наблюдения «Хизбаллы», размещённого в гражданском здании на юге Ливана и...
Израиль
20.05.2026

Смотрич пригрозил Палестинской администрации «войной» и подписал приказ по Хан аль-Ахмару

Министр финансов Бецалель Смотрич сообщил, что подписал приказ об эвакуации Хан...
244
В мире
В мире
19.05.2026

Трамп отменил удар по Ирану, но оставил войска в минутной готовности

Президент США Дональд Трамп решил не проводить военную операцию против Ирана, которая была намечена...
В мире
18.05.2026

Иран через Пакистан передал США новые условия прекращения войны

Иран передал США обновленное предложение по прекращению войны.
В мире
17.05.2026

«Гаарец»: МУС выдал новые секретные ордера на арест израильских чиновников и военных

Международный уголовный суд в Гааге, по данным газеты «Гаарец», выдал секретные ордера...
В мире
17.05.2026

Трамп снова предупредил Иран: без сделки с США Тегеран ждут большие проблемы

Президент США Дональд Трамп вновь заявил, что Ирану стоит заключить соглашение с Вашингтоном, иначе последствия для...
В мире
14.05.2026

Трамп в Пекине: США и Китай обсуждают условия торгового перемирия

Визит Дональда Трампа в Китай проходит на фоне торгового перемирия между Вашингтоном и Пекином, технологического...
Бизнес
Бизнес
14.04.2026

Duty Free возвращается: James Richardson возобновляет полную работу в Бен-Гурионе

После длительного периода ограничений магазины James Richardson Duty...
Бизнес
17.03.2026

Песах с коктейлями AMOR станет вашей новой традицией

Праздники – это всегда немного больше, чем просто семейный ужин. Это настроение, ожидание, разговоры...
Бизнес
11.02.2026

ЕС одобрил покупку Google стартапа Wiz

Сумма сделки составила рекордные $32 млрд.
Бизнес
31.12.2025

Nvidia выложит ещё 3 млрд долл за покупку в Израиле

Компания Nvidia ведет переговоры о покупке израильского стартапа AI21 Labs,...
Бизнес
10.12.2025

Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.

Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая...
Наука и технологии
Наука и технологии
19.05.2026

Национальная служба ИКТ переходит в Канцелярию премьер-министра

Правительство одобрило перевод Национальной службы информационно-коммуникационных технологий из Министерства экономики...
Наука и технологии
27.04.2026

Израильские физики создали «черную дыру» на лабораторном столе

Ученые из Университета Бар-Илан создали оптическую систему, имитирующую поведение световых волн вблизи...
Наука и технологии
7.04.2026

Миссия Artemis II завершила облет Луны и возвращается к Земле

Пилотируемая миссия NASA Artemis II завершила облет Луны и начала путь обратно к Земле, став первым за более чем 50 лет полётом астронавтов за пределы околоземной...
Наука и технологии
15.02.2026

Технион подтвердил статус кузницы идей

Израильский технологический институт Технион в очередной раз подтвердил свой статус глобального центра инноваций.
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...
Деньги
Деньги
10.04.2026

В Израиле падает спрос на жилье без защищенных комнат

Во время войны структура спроса на жилье в Израиле заметно изменилась.
Деньги
30.03.2026

Кнессет утвердил госбюджет Израиля на 2026 год

Государственный бюджет Израиля на 2026 год был окончательно утвержден Кнессетом во втором и третьем чтениях в ночь на 30 марта.
Деньги
12.02.2026

Курс шекеля достиг 30-летнего максимума

Шекель укрепился по отношению к доллару, достигнув 30-летнего максимума.
Деньги
8.12.2025

Налоговое управление впервые опубликовало сравнительный отчет о доходах израильтян

Департамент планирования и экономики Налогового управления впервые опубликовал...
Культура
Культура
17.04.2026

Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля

Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Культура
18.02.2026

Более 80 деятелей кино потребовали от Берлинале занять позицию по войне Газе

Среди подписавших письмо - Тильда Суинтон, Хавьер Бардем, Адам Маккей, Алия Шокат,...
Культура
17.02.2026

Смерть Даны Эден в Афинах: греческая полиция склоняется к версии о самоубийстве

В Греции продолжается проверка обстоятельств смерти израильского продюсера Даны Эден...
Публицистика
Публицистика
21.05.2026
 Александр Непомнящий

Флотилия двойных стандартов

Тот, кто сегодня жеманно заламывает руки и драматически объясняет,...
Публицистика
17.05.2026
 Деонис Спектор

Американо-китайские горки

Как бы мы ни относились к Китаю, справедливо отмечая господствующий диктаторский...
Публицистика
17.05.2026
 Виталия Цион

«Евровидение» как тайное голосование против системы

Голосование «Профессионального жюри» более, чем предсказуемо, оно отрабатывает нужную...
Публицистика
13.05.2026
 Авраам Шмулевич

Патриарх Грузии: кто такой Шио III и что означает его избрание

Выборы Патриарха редко бывают геополитическим событием. Нынешние грузинские выборы...
Публицистика
10.05.2026
 Аркадий Красильщиков

Безумие людское лечится лишь смирительной рубашкой

9 мая невольно задумываешься о безумии человечества. О внезапной пандемии агрессивного психоза, когда расстройство...
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...