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
20.11.2024

Инцидент в Кейсарии: подозреваемые заранее планировали акцию

Согласно опубликованной информации, подозреваемые тщательно готовились к совершению действия.
Израиль
20.11.2024

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,...
В мире
В мире
20.11.2024

Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву

Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву в ответ на убийство Мохаммеда...
В мире
20.11.2024

Аргентина вывела миротворцев из Ливана

Аргентина отозвала своих военных, состоявших в миротворческой миссии ООН в Ливане
В мире
20.11.2024

Главный центр обстрелов Гуш-Дана и Хайфы перемещен в Тир

Из этого района боевики «Хизбаллы» запускают ракеты в сторону...
В мире
19.11.2024

В Варшаве осквернили памятник героям еврейского гетто

Посол Израиля в Польше Яков Ливне призвал власти страны осудить антисемитов,...
В мире
18.11.2024

Мэр Амстердама: «Называть это погромом — израильская пропаганда»

"Они используют это, чтобы дискредитировать марокканское меньшинство...
Бизнес
Бизнес
15.07.2024

Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл

Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Бизнес
9.07.2024

IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл

Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.
Бизнес
25.06.2024

Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ

В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...
Бизнес
25.04.2024

NVIDIA купила два израильских стартапа

NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...
Бизнес
18.09.2023

Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем

Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...
Наука и технологии
Наука и технологии
9.09.2024

Израильские ученые разработали прочный, пластичный и съедобный пластик

Разработанный израильскими учеными новый материал не только прочен, но и съедобен и разлагается бактериями....
Наука и технологии
11.08.2024

Израильский стартап создает цифровую модель человеческого тела

Израильская компания CytoReason создает вычислительные модели заболеваний человека для разработки методов лечения и проверки...
Наука и технологии
23.07.2024

Улыбайтесь, это полезно для сердца: мозг помогает лечению инфарктов

Ученые из Хайфского Техниона показали, что активация системы вознаграждения мозга может ускорить...
Медицина
Медицина
12.11.2024

В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских солдат

В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских военнослужащих.
Медицина
28.10.2024

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.
Медицина
14.08.2024

Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами

В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные...
Медицина
15.07.2024

В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила

Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...
Медицина
9.07.2024

От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек

Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...
Деньги
Деньги
21.08.2024

JPMorgan снизил прогноз израильской экономики

Американский инвестиционный банк JPMorgan опубликовал пересмотренный прогноз для израильской экономики.
Деньги
13.08.2024

Агентство Fitch понизило кредитный рейтинг Израиля

Fitch Ratings объявило этой ночью о понижении кредитного рейтинга Израиля.
Деньги
25.06.2024

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...
Деньги
1.05.2024

Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая

После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.
Культура
Культура
23.09.2024

Мы снова будем танцевать

Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали практически сразу. В преддверии...
Культура
9.09.2024

Делай добро и дари его близким

В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-Шана
Культура
8.07.2024

Умер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау

В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...
Культура
23.06.2024

Новые израильские сериалы

Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На...
Культура
14.06.2024

Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября

«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный...
Публицистика
Публицистика
19.11.2024
 Юрий Моор

Ганц — угроза Израилю

Ладно, к методам Картеля СМИ, который передергивает, раздувает, умалчивает – мы уже привыкли. Беспокоит...
Публицистика
19.11.2024
 Сурен Карапетов

Пора остановить нацизм!

Почему Турция до сих пор продолжает жить по нацистской идеологии пантюркизма?...
Публицистика
17.11.2024
 Михаил Лобовиков

У тех и у других цель одна

"Одни стреляют ракетами по синагогам, другие - осветительными...
Публицистика
17.11.2024
 Александр Непомнящий

Братки «Хизбаллы» по оружию

"Нет, это были не ударные беспилотники иранских...
Репатриация
Репатриация
28.08.2024

Как сегодня учат иврит в ульпанах

Один из ключевых факторов интеграции в Израиле – это, конечно же, знание иврита. Чем быстрее вы выучите язык, тем легче и быстрее...
Репатриация
27.08.2024

Война не остановила репатриантов

После нападения террористов ХАМАСа на Израиль в октябре прошлого года в еврейское государство прибыло 29 тыс. репатриантов....
Репатриация
25.06.2024

«Маса-Учителя» подводит итоги самого сложного учебного года за всю историю программы

Во вторник, 25 июня, состоялась церемония завершения программы "Маса-Учителя", в рамках которой...
Репатриация
19.05.2024

Сотни мероприятий, десятки проектов, 180 пар: «Мидраше Ционит» исполняется 25 лет

«Мидраша Ционит» - еврейская международная организация была основана Шломо Нееманом, бывшим главой Совета...
Репатриация
1.05.2024

120 врачей-репатриантов интегрируются в израильскую систему здравоохранения

В этом году в программе приняло участие 120 врачей, которые, несмотря на ситуацию в сфере безопасности, приехали...
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...