Израильские и немецкие ученые развивают применение полупроводников для получения энергии Солнца
25.04.2021 13:48Новый 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
Читайте также:
Израильские ученые разработали новый метод очистки сточных вод
Технология дает возможность селективно очищать воду, сохраняя необходимые растениям минералы....Изобретение ученых Техниона - технология толщиной в один атом
Разработки израильских исследователей открывают путь к созданию нового поколения миниатюрных и гораздо...В Израиле разработали самодезинфицирующуюся защитную маску
Дезинфекция осуществляется слаботочным нагреванием углеродного слоя в маске....Исследователи Техниона создали симулятор стратегии выхода из кризиса коронавируса
Новый симулятор предназначен содействовать официальным лицам в управлении...Технология израильского Техниона поможет дышать недоношенным младенцам
Модель дыхательной системы новорожденного позволяет определить причины травм, вызываемых аппаратом...Лента новостей:
В бою на юге Ливана погиб старшина резерва Эйтан Бен Ами
В бою на юге Ливана погиб старший сержант резерва Эйтан Бен Ами.Инцидент в Кейсарии: подозреваемые заранее планировали акцию
Согласно опубликованной информации, подозреваемые тщательно готовились к совершению действия.В результате обстрела из Ливана в Акко повреждено здание
Сообщений о пострадавших нет.Нетаниягу пообещал по 5 млн долл за освобождённого заложника
«Тем, кто хочет выбраться из этого лабиринта, я говорю: каждому, кто приведет к нам заложника, мы предоставим безопасный выход. И ему,...Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву
Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву в ответ на убийство Мохаммеда...Аргентина вывела миротворцев из Ливана
Аргентина отозвала своих военных, состоявших в миротворческой миссии ООН в ЛиванеГлавный центр обстрелов Гуш-Дана и Хайфы перемещен в Тир
Из этого района боевики «Хизбаллы» запускают ракеты в сторону...В Варшаве осквернили памятник героям еврейского гетто
Посол Израиля в Польше Яков Ливне призвал власти страны осудить антисемитов,...Мэр Амстердама: «Называть это погромом — израильская пропаганда»
"Они используют это, чтобы дискредитировать марокканское меньшинство...Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл
Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл
Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ
В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...NVIDIA купила два израильских стартапа
NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем
Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...Испанские ученые заявили, что Христофор Колумб был сефардским евреем
Испанские ученые пришли к выводу, что Христофор Колумб, один из самых...Бизнесмен еврейского происхождения Джаред Айзекман вышел в открытый космос
Джаред Айзекман, профинансировавший миссию Polaris Dawn, и сотрудница...Израильские ученые разработали прочный, пластичный и съедобный пластик
Разработанный израильскими учеными новый материал не только прочен, но и съедобен и разлагается бактериями....Израильский стартап создает цифровую модель человеческого тела
Израильская компания CytoReason создает вычислительные модели заболеваний человека для разработки методов лечения и проверки...Улыбайтесь, это полезно для сердца: мозг помогает лечению инфарктов
Ученые из Хайфского Техниона показали, что активация системы вознаграждения мозга может ускорить...В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских солдат
В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских военнослужащих.В больнице умер майор Гай Яаков Незри, получивший ранения в Газе
В больнице от ран, полученных 19 октября в бою на севере сектора Газы, умер майор Гай Яаков Незри.Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами
В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные...В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек
Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...JPMorgan снизил прогноз израильской экономики
Американский инвестиционный банк JPMorgan опубликовал пересмотренный прогноз для израильской экономики.Агентство Fitch понизило кредитный рейтинг Израиля
Fitch Ratings объявило этой ночью о понижении кредитного рейтинга Израиля.Новые правила: репатриантам на периферии удвоили помощь на съем за счет сокращения выплат другим
Репатрианты на периферии будут получать на съем в два раза больше, в...Теперь у резервистов есть право на скидку в 91% на землю в Негеве и Галилее
Реализация решения вступила в силу, и теперь покупатели земли смогут воспользоваться самым значительным...Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая
После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.Мы снова будем танцевать
Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали практически сразу. В преддверии...Делай добро и дари его близким
В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-ШанаУмер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау
В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...Новые израильские сериалы
Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На...Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября
«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный...Не успел я насладиться чудо-победой Дональда Трампа, как в бой вступила вся леволиберальная рать. Закономерная, ожидаемая и очень предсказуемая реакция левой общественности на назначения Трампа. Не понимаю, почему так напрягает реакция на левых болотах?
Похоже, у «Хизбаллы» кончаются ракеты, держимся
"Судя по интенсивности и характеру...Ганц — угроза Израилю
Ладно, к методам Картеля СМИ, который передергивает, раздувает, умалчивает – мы уже привыкли. Беспокоит...Пора остановить нацизм!
Почему Турция до сих пор продолжает жить по нацистской идеологии пантюркизма?...У тех и у других цель одна
"Одни стреляют ракетами по синагогам, другие - осветительными...Братки «Хизбаллы» по оружию
"Нет, это были не ударные беспилотники иранских...Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц, до недавнего времени, занимал должность гендиректора организации «Мозаик Юнайтед», совместного проекта Министерства по делам диаспоры с еврейскими общинами и организациями по всему миру, цель которого - укрепление еврейской идентичности среди еврейской молодежи в диаспоре и связи с Израилем. Ранее он работал в гражданской администрации Иудеи и Самарии и служил посланником ЕА "Сохнут" и движения «Бней Акива» в Сиднее, Австралия.