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:
Опубликован список 33 заложников, которых освободят на первом этапе сделки
Опубликован список из 33 заложников, которые должны быть освобождены в рамках первого этапа соглашения...Урегулированы разногласия с ХАМАС по праву вето Израиля на освобождение террористов
Израильские СМИ цитируют источники, знакомые с ходом переговоров...«Ционут Датит» требует расторгнуть договор с ХАМАСом после первого этапа
Бецалель Смотрич потребовал от Биньямина Нетаниягу обещать ему, что война будет продолжена до окончательной победы....Левин потребовал начать дисциплинарное разбирательство против и.о. главы БАГАЦа
"создается впечатление о систематическом и преднамеренном поведении...Смотрич готов выйти из правительства прямо перед заключением сделки
"Вероятнее всего, мы уйдем из правительства"Трамп: Будем работать, чтоб никогда больше Газа не была убежищем для террористов
Он заявил, что США продолжат продвигать "мир через силу" во всем...Эрдоган требует, чтобы Израиль ушел из Сирии и грозит последствиями
"Агрессивные действия сил, атакующих сирийскую территорию, в частности Израиля, должны быть прекращены как...Илон Маск купит TikTok?
В США пошли разговоры о возможности продажи американского подразделения TikTok Маску.Байден ограничил поставки графических процессоров в Израиль
Уходящий президент США Джо Байден нанес серьезный удар по ИзраилюADL: 46% взрослого населения планеты – антисемиты
То есть около 2,2 млрд населения планеты.Израильский туризм: теперь на подъем или дальше в пропасть?
Во время войны самый сильный экономический удар пришелся именно по туристической отрасли и в первую очередь – по...Шпионский стартап, в который вложился Эхуд Барак, продан почти за миллиард
Значительная часть сделки будет оплачена наличными.Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл
Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...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.Запись на программы Минпроса для одаренных и эрудированных школьников подходит к концу. Подчеркнем, что записаться на программы можно даже если в прошлом ученик не сдавал специальные экзамены, но вы считаете, что ваш ребенок эрудирован и способен справиться с дополнительной нагрузкой.
Марк Цукерберг: Facebook прекращает факт-чекинг и ослабляет цензуру
Глава компании Meta Марк Цукерберг объявил, что социальная сеть Facebook больше не будет заниматься проверкой...Израильские ученые показали, как бактерии обходят систему защиты при обмене ДНК
Открытие поможет бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам.Муравьи решают сложную задачу по транспортировке лучше, чем люди. Израильское исследование
Израильские ученые сравнили способности людей и муравьев к координации действий при решении...В дома израильтян запустили энергию от волн
Это первый в мире случай, когда энергия волн используется в масштабах государства.Израиль запустил первый квантовый компьютер
Компьютер был разработан специалистами израильской компании IAI.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 – астматики. Про астму чего только не говорят, порой диаметрально противоположное. Для того чтобы выяснить всю правду, мы обратились к доктору Эмилии Хардак, заведующей отделением пульмонологии в больнице «Бней-Цион», консультанту по пульмонологии в Северном округе больничной кассы «Маккаби».
В бою на юге Ливана погиб военнослужащий ЦАХАЛа
На юге Ливана погиб старший сержант резерва Омер Моше Гаэльдор.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 занятия, но и дружеское общениеВ Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных исхода.Налоговое управление подтвердило повышение налогов на автомобили в 2025 году
С 2025 года в Израиле увеличатся налоги на покупку всех типов автомобилей....Кнессет принял решения об увеличении налоговой нагрузки на граждан
Некоторые депутаты выразили недовольство тем, что меры негативно скажутся...Утверждены законы об отмене выплаты пособий террористам и родителям несовершеннолетних террористов
Похожий закон уже утверждался в 2021 году, однако...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.Актёр Стивен Фрай стал рыцарем
По словам Фрая, он был «совершенно ошарашен», узнав о своем новом статусе.Израиль и еврейская диаспора отмечают праздник Суккот
Неделя пребывания в шалашах посвящена памяти об исходе из Египта.Мы снова будем танцевать
Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали...Делай добро и дари его близким
В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-Шана...Умер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау
В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...Дальше — будет дальше
"Мы завоевали, мы проиграли, мы отдали, мы договорились ." Лично я не принимал участия в заседаниях узкого кабинета....Коротко о сделке, самым общим планом
"Израиль - унижен. А побежден, по итогам последствий резни...Можно ли победить Газу
Нетаниягу заплатил слишком дорого за освобождение заложников? Эта цена...Если не мы нам, то кто нам?
На мой взгляд, Трамп в первой каденции оценивал политическую важность Израиля...Герои, которых мы выбираем
Этому человеку довелось жить в стране, которая по международным...Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21 год содействует участию молодежи из разных стран в долгосрочных образовательных и социальных проектах в Израиле. С началом войны и в связи с тысячами обращений евреев из различных общин было решено создать специальную программу "Маса-волонтеры", цель которой – помочь Израилю и израильскому обществу в трудное время. С момента запуска программы в Израиль прибыли тысячи участников, которые принимают участие в самых разных видах волонтерской деятельности: помощь семьям эвакуированных, работа в логистических центрах, помощь в сельском хозяйстве и многое другое.