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

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
17.05.2026

ЦАХАЛ: четверо военнослужащих ранены в Южном Ливане

Четверо военнослужащих ЦАХАЛа получили ранения в ночь на воскресенье в Южном Ливане, сообщает пресс-служба...
Израиль
17.05.2026

ЦАХАЛ: за выходные атакованы около 100 целей «Хизбаллы» в Южном Ливане

Армия обороны Израиля нанесла за выходные удары примерно по 100 целям в нескольких районах Южного Ливана.
Израиль
16.05.2026

ЦАХАЛ и ШАБАК подтвердили ликвидацию главы военного крыла ХАМАСа

В Газе ликвидирован Эзз ад-Дин аль-Хаддад один из последних командиров ХАМАСа, стоявших за резней 7 октября...
Израиль
16.05.2026

В бою на юге Ливана погиб капитан Маоз Исраэль Реканати

Пресс-служба ЦАХАЛа разрешила к публикации имя офицера, погибшего 15 мая в бою на юге Ливана.
Израиль
15.05.2026

На юге Ливана погиб боец бригады «Голани» Негев Даган

Разрешена к публикации информация о гибели военнослужащего ЦАХАЛа в бою на юге Ливана.
В мире
В мире
17.05.2026

Трамп снова предупредил Иран: без сделки с США Тегеран ждут большие проблемы

Президент США Дональд Трамп вновь заявил, что Ирану стоит заключить соглашение...
В мире
14.05.2026

Трамп в Пекине: США и Китай обсуждают условия торгового перемирия

Визит Дональда Трампа в Китай проходит на фоне торгового перемирия между Вашингтоном и Пекином, технологического...
В мире
12.05.2026

Судья Верховного суда Пенсильвании вышел из Демпартии из-за антисемитизма слева

В своем заявлении он обвинил Демократическую партию в том, что среди ее активистов, лидеров и избранных представителей...
В мире
12.05.2026

Тегеран пригрозил ответить на новые удары обогащением урана до 90%

Иран может вынести на обсуждение в парламенте вопрос об обогащении урана до 90%, если по стране вновь будут...
В мире
11.05.2026

В Берлине неизвестные осквернили мемориал жертвам Холокоста

В Берлине неизвестные нанесли антисемитские надписи на одну из стел Мемориала памяти...
Бизнес
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...
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,...
Бизнес
10.12.2025

Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.

Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая...
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.
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
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
18.02.2026

Более 80 деятелей кино потребовали от Берлинале занять позицию по войне Газе

Среди подписавших письмо - Тильда Суинтон, Хавьер Бардем, Адам Маккей, Алия Шокат,...
Культура
17.02.2026

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

В Греции продолжается проверка обстоятельств смерти израильского продюсера Даны Эден...
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.
Публицистика
Публицистика
17.05.2026
 Виталия Цион

«Евровидение» как тайное голосование против системы

Голосование «Профессионального жюри» более, чем предсказуемо,...
Публицистика
10.05.2026
 Аркадий Красильщиков

Безумие людское лечится лишь смирительной рубашкой

9 мая невольно задумываешься о безумии человечества....
Публицистика
10.05.2026
 Игорь Черниховский

Этот день ...

"Праздновать абсолютно нечего. Нет повода от слова совсем. Помянуть погибших, лишний...
Публицистика
8.05.2026
 Арик Эльман

Всё возвращается на круги своя

Предательство евреев, которое мы наблюдаем сегодня,...
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...