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

129

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
10.08.2026

Замир: ЦАХАЛ формирует реальность и готов к возвращению к интенсивным боям

Начальник Генштаба Эяль Замир на оперативном форуме с участием командующего CENTCOM Брэдом...
Израиль
10.08.2026

ЦАХАЛ уведомил о намерении снести дом террориста, убившего Иегуду Шермана

ЦАХАЛ сообщил о намерении снести дом террориста, совершившего теракт, в котором был убит Иегуда Шерман и ранен еще один...
В мире
В мире
4.08.2026

В Риме возобновились переговоры Израиля и Ливана

Израиль и Ливан 4 августа возобновили прямые переговоры в Риме при посредничестве США.
В мире
2.08.2026

Трамп отменил удар по Ирану после согласования основных условий сделки

«США полностью готовы к действиям против Исламской Республики Иран...
В мире
31.07.2026

Трамп объявил о соглашении по полному разоружению ХАМАСа в Газе

Некоторое время назад президент США Дональд Трамп объявил о достижении соглашения, предусматривающего полное разоружение ХАМАСа и остальных...
В мире
30.07.2026

США нанесли массированный удар по десяткам объектов КСИР в Иране

В ночь на 30 июля американские силы провели новую массированную волну ударов по Ирану.
В мире
29.07.2026

Новые удары по Ирану остаются среди вариантов, рассматриваемых Трампом

Возобновление массированных ударов по Ирану остается одним из трех сценариев, которые Дональд Трамп...
Бизнес
Бизнес
3.08.2026

Лето в бокале: освежающие коктейли AMOR для ярких вечеров

Лето создано для лёгкости, новых впечатлений и красивых моментов. Вечер на балконе, встреча с друзьями,...
Бизнес
6.07.2026

Grant's 12 Years Triple Wood: три бочки, которые меняют характер виски

В мире шотландского виски срок выдержки уже давно перестал быть единственным...
Бизнес
25.06.2026

Отмечаем День независимости США американским виски: культовые бренды, любимые вкусы и настоящая свобода

4 июля отмечается День независимости США – веселье, традиции и хорошая еда. Нет лучшего способа...
Бизнес
14.04.2026

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

После длительного периода ограничений магазины James Richardson Duty Free в аэропорту...
Наука и технологии
Наука и технологии
4.08.2026

Сине-белый интеллект: Израиль берет курс на мировое лидерство в ИИ

Израиль переходит к практической реализации национальной программы, главной целью которой...
Наука и технологии
4.06.2026

В Израиле внедрят новую систему для обмена данными между министерствами

Разработанная для армии технология поможет государственным ведомствам быстрее обмениваться информацией, принимать...
Наука и технологии
20.05.2026

Маск: Израиль — мировой лидер по инновациям на душу населения

Илон Маск высоко оценил израильскую технологическую индустрию и назвал Израиль одним из мировых лидеров по количеству...
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 и промышленности в Канцелярию премьер-министра...
Медицина
Медицина
18.02.2026

Законопроект о признании Иудеи и Самарии подан в 16 штатах США

После многолетней работы, включавшей десятки ознакомительных туров по Самарии для членов Конгресса, сенаторов, законодателей...
Медицина
17.06.2025

Как помочь детям сохранять спокойствие и ощущение безопасности в нестабильной реальности

Эфрат Перец-Томер, старший клинический психолог южного округа «Меухедет», объясняет, как создать...
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
8.06.2026

Brilliantos сингл «На 105-й волне»

Brilliantos сразу на нескольких континентах. Группа объединила Израиль, Польшу и Беларусь. Трек «На 105-й волне» рассказывает о двух...
Культура
13.05.2026

Ноам Беттан вывел Израиль в финал «Евровидения» на фоне протестов и бойкота

Израильский представитель Ноам Беттан прошел в гранд-финал «Евровидения-2026» после первого полуфинала в Вене....
Культура
17.04.2026

Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля

Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Публицистика
Публицистика
10.08.2026
 Сурен Карапетов

Призвать нельзя оставить

Ну, что, готовы к религиозной армии, или подумаем?
Публицистика
9.08.2026
 Сурен Карапетов

Эмиграция или усталость?

Представим себе, что Израиль, сегодня, не находится в предвыборном...
Публицистика
3.08.2026
 Виктор Вальдберг

Израильский след в Сеуте

Хотя подобные заявления были, так сказать, не более чем «политическими...
Публицистика
2.08.2026
 Сеня Вальдберг

Диагноз верен, но рецепт губителен

На мой взгляд, Израилю сегодня требуется не больше регулирования, а больше...
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...