Израильские и немецкие ученые развивают применение полупроводников для получения энергии Солнца
25.04.2021 13:48Новый 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
Читайте также:
Израильские ученые разработали новый метод очистки сточных вод
Технология дает возможность селективно очищать воду, сохраняя необходимые растениям минералы....
Изобретение ученых Техниона - технология толщиной в один атом
Разработки израильских исследователей открывают путь к созданию нового поколения миниатюрных и гораздо...
В Израиле разработали самодезинфицирующуюся защитную маску
Дезинфекция осуществляется слаботочным нагреванием углеродного слоя в маске....
Исследователи Техниона создали симулятор стратегии выхода из кризиса коронавируса
Новый симулятор предназначен содействовать официальным лицам в управлении...
Технология израильского Техниона поможет дышать недоношенным младенцам
Модель дыхательной системы новорожденного позволяет определить причины травм, вызываемых аппаратом...Лента новостей:
ЦАХАЛ ликвидировал трех боевиков ХАМАСа и «Исламского джихада» на севере сектора Газа
ЦАХАЛ сообщил о ликвидации трех боевиков ХАМАСа и «Палестинского исламского...
Ликвидирован командир «Нухбы», причастный к похищению танкистов 7 октября
ЦАХАЛ ликвидировал Джихада Самиха Махмуда Исмаила — командира «Нухбы» военного крыла ХАМАСа.
США готовят крупную поставку авиационных боеприпасов Израилю
Администрация президента США Дональда Трампа готовит новую поставку вооружений Израилю стоимостью...
Десятки депутатов Европарламента подпишут декларацию: антиизраильская позиция - это антисемитизм
На фоне введения европейскими странами санкций, связанных с Иудеей...
Ликвидирован командир бригады «Рафиах» ХАМАСа
ЦАХАЛ и ШАБАК ликвидировали Наэля Абу Убейда — командира бригады «Рафиах» и руководителя оперативного направления военного крыла...
Трамп предложил переименовать Ормузский пролив в «пролив Трампа»
Президент США Дональд Трамп предложил переименовать Ормузский пролив...
США завершили серию ударов по объектам КСИР; Иран ответил атаками на американские базы
США объявили о завершении серии ударов по объектам КСИР в Иране, после...
Трамп: от Ирана «останется очень мало», если он ответит
«Соединенные Штаты прямо сейчас наносят удары по иранским целям...
США начали новую серию ударов по объектам КСИР в Иране
Американские войска начали наносить новые удары по объектам Корпуса стражей исламской...
Трамп анонсировал новый удар по Ирану
Президент США Дональд Трамп заявил в интервью Fox News, что американские силы нанесут ответный...
Лето в бокале: освежающие коктейли AMOR для ярких вечеров
Лето создано для лёгкости, новых впечатлений и красивых моментов. Вечер на балконе, встреча с друзьями,...
Grant's 12 Years Triple Wood: три бочки, которые меняют характер виски
В мире шотландского виски срок выдержки уже давно перестал быть единственным...
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...
Global Wine & Spirit расширяет портфель: на рынок Израиля выходят новые шотландские виски Naked Malt и The Famous Grouse
Компания Global Wine & Spirit, один из ведущих импортёров...
Duty Free возвращается: James Richardson возобновляет полную работу в Бен-Гурионе
После длительного периода ограничений магазины James Richardson Duty Free в аэропорту...
Учёба в Ариэле: строим будущее в Израиле
Ариэльский университет – это израильский исследовательский университет, который сочетает академическое превосходство,...
Сине-белый интеллект: Израиль берет курс на мировое лидерство в ИИ
Израиль переходит к практической реализации национальной программы, главной целью которой...
Правительство Израиля утвердило национальную программу развития искусственного интеллекта
Правительство Израиля утвердило национальную программу...
В Израиле внедрят новую систему для обмена данными между министерствами
Разработанная для армии технология поможет государственным ведомствам быстрее обмениваться информацией, принимать...
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...
После подтверждения еще одного случая заболевания, вызванного амебой Naegleria fowleri, и проведения профессиональной оценки ситуации Министерство здравоохранения обновляет рекомендации для населения относительно купания в озере Кинерет.
Нетаниягу открыл учебный год в школе в Рамле
Премьер-министр Биньямин Нетаниягу открыл учебный год в школе в Рамле и пожелал всем учащимся Израиля успешного и плодотворного...
Минздрав: получено сообщение еще об одном человеке с подозрением на заболевание лихорадкой Эбола
Министерство здравоохранения сообщает, что получена информация...
Минздрав: обнаружены комары, зараженные вирусом лихорадки Западного Нила
Министерство охраны окружающей среды и Министерство здравоохранения сообщают об обнаружении комаров, зараженных вирусом...
Минздрав: загрязнение водоемов на севере
Министерство здравоохранения и Министерство охраны окружающей среды сообщают о превышении допустимых показателей загрязнения воды...
Респираторные вирусы в разгар лета
У каждого второго ребёнка больничная касса «Меухедет» диагностировала респираторное заболевание
Финкомиссия Кнессета утвердила схему компенсаций бизнесу за войну с Ираном
Финансовая комиссия Кнессета одобрила ко второму и третьему чтениям...
В Израиле падает спрос на жилье без защищенных комнат
Во время войны структура спроса на жилье в Израиле заметно изменилась.
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.
Курс шекеля достиг 30-летнего максимума
Шекель укрепился по отношению к доллару, достигнув 30-летнего максимума.
Налоговое управление впервые опубликовало сравнительный отчет о доходах израильтян
Департамент планирования и экономики Налогового управления впервые опубликовал...
Фронтмен культовой британской группы Culture Club и одна из главных поп-икон 1980-х Бой Джордж опубликовал в социальных сетях песню עוד נרקוד — We Will Dance Again («Мы снова будем танцевать»), посвященную Израилю, еврейскому народу и памяти жертв резни ХАМАСа 7 октября 2023 года.
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...
Репатриантка, которая пишет на иврите. Признание Олеси Кантор - в Израиле и за его пределами.
Олеся Кантор приехала в Израиль в 1995 году, в 24 года, иврита не зная....
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....
Впервые на экране: история бойцов религиозно-национального сектора в новом документальном фильме «Дорогой мой сын»
В канун Дня памяти: на канале «Кан 11» выйдет фильм «Дорогой мой сын», созданный при поддержке...
Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля
Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Сопутствующий восторг
Именно этим, помимо прочего, занимался Геббельс. Он игнорировал всё, что ему было неудобно,...
«Молочное» мышление
"Есть люди, которые полагают, что если 3-процентное молоко слить с полуторапроцентным молоком, то в результате получим молоко в 4,5 %."
Социализм, от которого мы бежали, догнал нас в Америке
Голосование в Конгрессе по резолюции, осуждающей социализм, от которого многие...
Критическая инфраструктура: почему одной защиты недостаточно
Подстанции и опреснительные установки против беспилотников, диверсий и водорослей:...
Репатриация продолжается, а правила меняются
Процесс репатриации в Израиль продолжает...
Репатриация в условиях войны: психологическая поддержка новых репатриантов
Сегодня тысячи новых репатриантов в Израиле оказались в ситуации,...
Организация «Маса» удостоена «Иерусалимской премии за вклад в единство еврейского народа»
В резиденции президента Израиля в Иерусалиме состоялась сегодня, 29...
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...
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...
Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»
После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...
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...
Проверка Бузагло
"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."












