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
29.05.2025

ЦАХАЛ: десятки целей ХАМАСа уничтожены в секторе Газа за прошедшие сутки

В течение последних суток Армия обороны Израиля нанесла удары по десяткам целей террористических...
Израиль
29.05.2025

Кабмин Израиля утвердил расширение поселений

Правительство Израиля приняло решение о строительстве 22 новых еврейских поселений на территории Иудеи и Самарии.
Израиль
29.05.2025

ЦАХАЛ: на севере Газы погиб работник, нанятый министерством обороны

На севере сектора Газы погиб работник компании, которая выполняет инженерные работы для ЦАХАЛа. Имя погибшего: Давид...
В мире
В мире
28.05.2025

СМИ: Прокурор МУС готовил ордеры на арест Бен-Гвира и Смотрича

Прокурор МУС Карим Хан перед уходом в административный отпуск подготавливал материалы для ходатайств об...
В мире
27.05.2025

Урсула фон дер Ляйен назвала удары Израиля по Газе «отвратительными»

Глава ЕС Урсула фон дер Ляйен в разговоре с Абдаллой II назвала "отвратительной" волну ударов Израиля по объектам...
В мире
26.05.2025

Драматический ультиматум Дональда Трампа Ирану после угроз Хаменеи

Американские источники сообщили, что Иран получил от США ультиматум с требованием принять решение относительно...
В мире
25.05.2025

Вслед за «Хизбаллой»: признаки того, что ХАМАС трещит по всем швам

Источники ХАМАС рассказали газете Al-Sharq al-Awsat, что организация столкнулась с тяжелейшим кризисом.
Бизнес
Бизнес
9.01.2025

Израильский хайтек привлёк 4 млрд долл за год

Это более чем в два раза превышает показатель предыдущего года.
Бизнес
24.12.2024

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...
Бизнес
17.07.2024

Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл

Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...
Бизнес
15.07.2024

Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл

Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Наука и технологии
Наука и технологии
29.04.2025

Израильские ученые научили ИИ читать электрокардиограммы и разъяснять диагноз

Ученые Хайфского Техниона научили ИИ читать электрокардиограммы и разъяснять диагноз врачу.
Наука и технологии
25.03.2025

Израильские ученые ускорили чтение данных из ДНК-хранилища в тысячи раз

Учёные из хайфского Техниона создали основанный на ИИ метод, ускоряющий на три порядка чтение данных с ДНК-носителей...
Медицина
Медицина
22.04.2025

ЦАХАЛ разрушил дом террориста, совершившего наезд у перекрёстка Нир-Цви

ЦАХАЛ уничтожил дом террориста, совершившего теракт на перекрёстке Нир-Цви, в результате которого погиб капитан...
Медицина
31.03.2025

Коалиция не поддержала новоназначенного руководителя ШАБАК

"Замена человека с мировоззрением с Каплан другим человеком с похожим мировоззрением не решает проблему, а лишь увековечивает...
Деньги
Деньги
3.04.2025

Пошлины Трампа: последствия для Израиля

Надежда правительства Израиля на то, что отмена последних остававшихся пошлин на американскую сельхозпродукцию позволит избежать введения...
Деньги
1.04.2025

Израиль отменил все пошлины на импорт из США

Израиль отменил все таможенные пошлины на товары, импортируемые из США
Деньги
1.04.2025

Израиль отменит все пошлины на импорт американских товаров уже сегодня

Цель - предотвратить введение пошлин против Израиля со стороны администрации Дональда Трампа.
Деньги
4.02.2025

ЦСБ: средняя зарплата в Израиле выросла до рекордного уровня

ЦСБ:в декабре 2024 года средняя зарплата в Израиле выросла на 10%, достигнув исторического рекорда.
Культура
Культура
18.05.2025

Голосование зрителей на Евровидении заткнуло рот ненавистникам Израиля

Юваль Рафаэль поразила весь мир, заняв второе место на конкурсе Евровидение, который прошел в Базеле....
Культура
9.04.2025

Спилберг возглавил список богатейших селебрити от Forbes

Режиссер Стивен Спилберг возглавил список богатейших знаменитостей...
Культура
19.03.2025

На Аллее славы Голливуда появилась звезда Галь Гадот

Израильская актриса Галь Гадот стала обладательницей именной звезды на...
Культура
5.03.2025

Галь Гадот наградили за поддержку Израиля

«Галь Гадот – героиня как на экране, так и за его пределами, она – неустанная...
Публицистика
Публицистика
20.05.2025
 Эрез Тадмор

Момент истины для нас как для общества

"Каждый голос, отданный за Яира Голана на выборах — это голос израильтянина,...
Публицистика
14.05.2025
 Александр Непомнящий

Кто сдал Синуара — и почему?

Не удивлюсь, если однажды выяснится, что местонахождение...
Публицистика
8.05.2025
 Александр Френкель

Вся правда о генетическом тесте ДНК в Израиле

Бюрократическая система нашей страны...
Публицистика
7.05.2025

Договор Трампа с хуситами — капитуляция или манёвр?

После вчерашнего заявления Трампа о возможном соглашении с хуситами...
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...
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...
Репатриация
30.12.2024

Образование для детей, волонтерство для родителей: новый проект «Масы» и НААЛЕ

Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21 год содействует участию молодежи из разных стран в...
Репатриация
4.09.2024

Новым гендиректором организации «Маса» стал Меир Хольц

Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц, до недавнего времени, занимал должность гендиректора организации...
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 освоитесь в Израиле. Но как же учить иврит быстро...
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...