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
21.03.2026

Прямое попадание в Араде: разрушены несколько домов, десятки пострадавших

"Маген Давид Адом" объявил о происшествии со множеством пострадавших в результате...
Израиль
21.03.2026

В Тегеране атакованы объекты, связанные с производством баллистических ракет

В ходе ночной операции израильские ВВС провели масштабный удар по десяткам целей на территории...
Израиль
21.03.2026

После ракетного обстрела в Димоне ранены около 20 человек

В результате обстрела со стороны Ирана в Димоне 10-летний мальчик и женщина в возрасте примерно 40 лет получили ранения и находятся...
В мире
В мире
20.03.2026

NBC: США ускоряют переброску морской пехоты на Ближний Восток

США ускоряют переброску дополнительных сил на Ближний Восток на фоне войны против Ирана.
В мире
19.03.2026

США готовят рекордную атаку по Ирану

В ходе брифинга в Пентагоне, министр войны Пит Хегсет сообщил, что США нанесут крупнейшую на сегодняшний...
В мире
19.03.2026

Хегсет: Удар Израиля по Южному Парсу – это предупреждение для Ирана

"Иран десятилетиями использовал энергетику в качестве оружия....
В мире
18.03.2026

Милей поддержал Израиль в борьбе с Ираном

Президент Аргентины Хавьер Милей выступил с резким осуждением политики Ирана и...
Бизнес
Бизнес
11.02.2026

ЕС одобрил покупку Google стартапа Wiz

Сумма сделки составила рекордные $32 млрд.
Бизнес
31.12.2025

Nvidia выложит ещё 3 млрд долл за покупку в Израиле

Компания Nvidia ведет переговоры о покупке израильского стартапа AI21 Labs, создавшего...
Бизнес
10.12.2025

Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.

Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая...
Бизнес
14.08.2025

Elbit Systems заключила контракт на 1,6 млрд долл

Израильский оборонный концерн Elbit Systems заключил сделку на...
Наука и технологии
Наука и технологии
15.02.2026

Технион подтвердил статус кузницы идей

Израильский технологический институт Технион в очередной раз подтвердил свой статус глобального центра инноваций.
Наука и технологии
7.01.2026

NVIDIA представила Rubin с израильским «двигателем»

NVIDIA представила ИИ-платформу Rubin, отметив, что её ключевые технологии и чипы разработаны израильскими инженерами компании.
Наука и технологии
25.12.2025

После шести лет разработок ЦАХАЛ получит новую гаубицу «Роем»

Производство этой гаубицы для ЦАХАЛ началось с нуля около шести лет назад.
Медицина
Медицина
15.06.2025

Обновленный режим работы медучреждений больничной кассы «Меухедет»

В связи с ситуацией в сфере безопасности и в соответствии с указаниями Министерства здравоохранения, в воскресенье...
Медицина
29.05.2025

В Израиле впервые пересадили искусственное сердце

В Израиле проведена успешная операция по трансплантации искусственного сердца.
Медицина
29.04.2025

Мобильная клиника: комплексное обследование для женщин рядом с домом

Около 140 женщин прошли обследование в передвижной клинике женского здоровья «Меухедет» в Гиватайме...
Деньги
Деньги
16.11.2025

Экономика Израиля резко восстановилась

Экономика Израиля восстановилась в июле-сентябре, а ВВП увеличился на 12,4% в годовом исчислении.
Деньги
1.07.2025

Все израильтяне будут платить за обязательные солнечные панели на крышах

Главная цель инициативы — ускорить децентрализацию электросети и увеличить долю возобновляемой энергии....
Деньги
5.06.2025

Израиль продал вооружений на рекордные 14,8 млрд долл

Экспорт оборонной продукции Израиля в 2024 году составил рекордные $14,8 млрд.
Культура
Культура
17.02.2026

Смерть Даны Эден в Афинах: греческая полиция склоняется к версии о самоубийстве

В Греции продолжается проверка обстоятельств смерти израильского продюсера...
Культура
16.02.2026

Умерла продюсер сериала «Тегеран» Дана Эден

В номере отеля в Афинах была найдена мертвой 52-летняя израильский продюсер и шоураннер Дана Эден.
Культура
9.02.2026

От изгнания к возрождению: Нерассказанная история возвращения в Северную Самарию

На этой неделе, с завтрашнего дня (со вторника по четверг, 10–12 февраля), на 14-м канале выйдет документальный сериал «План Хомеш» (Тохнит...
Культура
25.01.2026

Мики Зоар осудил претендентов на «Оскар»

«Неудивительно, что два номинированных на "Оскар" фильма усиливают нарратив наших врагов и наносят ущерб репутации Государства Израиль»
Культура
21.01.2026

Премьера в Манхэттене: Театр «Шомрон» привез в США историю Зеэва Жаботинского

Во вторник, 21 января, в Манхэттене впервые состоялась премьера театра «Шомрон». Это первый случай,...
Публицистика
Публицистика
15.03.2026
 Арик Эльман

Вперёд, к рассвету

16 дней войны против источника всего зла на Ближнем Востоке и далеко за его пределами — зла,...
Публицистика
11.03.2026
 Арик Эльман

Есть два выхода из войны — ты победил или ты проиграл

Каждый раз, когда в разгар войны кто-то начинает болтать о "стратегии выхода", знай - перед...
Публицистика
3.03.2026
 Арик Эльман

Война Израиля против Ирана незаконна?

Среди других идиотских заявлений, раздающихся в том числе и среди "хороших русских", стоит особняком,...
Публицистика
3.03.2026
 Борис Годунов, Лора Шавит

Хроника «эффекта бабочки»

Иногда история бывает жестко (если не сказать «жестоко) иронична.
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...