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

122

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
4.08.2026

Дом террориста, убившего Бениягу Меллета и Юваля Эзру, будет снесен

Командующий Центральным округом подписал приказ о конфискации и сносе дома террориста Фарука Рамадана в...
Израиль
3.08.2026

Ликвидированы два командира ХАМАСа, один участвовал во вторжении в Израиль 7 октября

ЦАХАЛ и ШАБАК сообщили о ликвидации двух командиров военного крыла ХАМАСа...
Израиль
3.08.2026

ЦАХАЛ ликвидировал командира «Нухбы» «Исламского джихада», вторгшегося в Израиль 7 октября

Пресс-служба ЦАХАЛа сообщила о ликвидации Махмуда Фатаира — командира подразделения «Нухба»...
Израиль
3.08.2026

Совет мира Трампа готовит более 60 проектов для «дня после» в Газе

Первые проекты по обустройству сектора Газа после войны могут стартовать уже в августе.
Израиль
3.08.2026

Главе батальона «Нур а-Шамс» предъявлено обвинение по делу о теракте, в котором погиб Йегуда Гето

Военная прокуратура ЦАХАЛа подала в военный суд Самарии обвинительное заключение против...
В мире
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...
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...
В мире
29.07.2026

2025 год стал самым смертоносным для еврейской диаспоры за три десятилетия

Более 23 тысяч антисемитских инцидентов были зафиксированы в 2025 году в семи странах с крупнейшими еврейскими общинами....
Бизнес
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...
Бизнес
17.03.2026

Песах с коктейлями AMOR станет вашей новой традицией

Праздники – это всегда немного больше, чем просто семейный ужин. Это настроение, ожидание, разговоры за столом и те маленькие моменты радости,...
Наука и технологии
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...
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...
Наука и технологии
27.04.2026

Израильские физики создали «черную дыру» на лабораторном столе

Ученые из Университета Бар-Илан создали оптическую систему, имитирующую поведение световых волн вблизи черных...
Медицина
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...
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.
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
3.08.2026
 Виктор Вальдберг

Израильский след в Сеуте

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

Диагноз верен, но рецепт губителен

На мой взгляд, Израилю сегодня требуется не больше регулирования, а...
Публицистика
27.07.2026
 Сеня Вальдберг

Поговорим о Норвегии

Называйте это «социал-демократией», «коммунизмом», «марксизмом» или просто...
Публицистика
24.07.2026
 Авраам Шмулевич

Строительство Храма как политический процесс

Пока Храма нет, мир пребывает в состоянии болезни....
Публицистика
16.07.2026
 Виктор Корецкий

Тыквенные и Путин

Одна из главных причин взаимонепонимания путинской алии с большой алией - отношение...
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...