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
2.04.2026

Бойцы «Нахаль» в ближнем бою ликвидировали террориста «Хизбаллы» на юге Ливана

В южном Ливане бойцы «Нахаль» в ближнем бою ликвидировали террориста «Хизбаллы»,...
Израиль
2.04.2026

Детский сад в Нагарии поврежден ракетой «Хизбаллы», пострадавших нет

В Нагарии ракета, выпущенная боевиками "Хизбаллы" из Ливана, нанесла...
Израиль
2.04.2026

Кац пригрозил лидеру «Хизбаллы» Касему «глубинами ада»

Министр обороны Израиля Исраэль Кац пригрозил лидеру "Хизбаллы" Наиму Касему
Израиль
2.04.2026

ЦАХАЛ за сутки ликвидировал более 40 боевиков «Хизбаллы» и уничтожил десятки объектов

ЦАХАЛ за сутки ликвидировал более 40 боевиков «Хизбаллы» и уничтожил десятки объектов террористической инфраструктуры...
Израиль
1.04.2026

Не менее восьми ракет запущены из Ирана за полтора часа до начала праздника Песах

Пять раз подряд звучали сигналы тревоги системы раннего предупреждения об обстрелах в связи с запусками ракет из Ирана....
В мире
В мире
1.04.2026

Дональд Трамп допустил возможность пересмотра участия США в НАТО

Президент США Дональд Трамп выразил готовность к радикальному пересмотру обязательств Вашингтона...
В мире
1.04.2026

Аргентина признала КСИР террористической организацией

Канцелярия президента Аргентины Хавьера Милея объявила о решении президента признать иранский Корпус стражей исламской революции...
В мире
1.04.2026

«Аль-Хадат» сообщил о ликвидации главы судебной власти Ирана Мохсени-Эджеи

Саудовский телеканал "Аль-Хадат" сообщил о ликвидации в Тегеране главы судебной власти Ирана Голямхоссейна Мохсени-Эджеи.
В мире
31.03.2026

Трамп жёстко раскритиковал страны, отказавшиеся участвовать в операции против Ирана

Трамп жёстко раскритиковал страны, которые отказались участвовать в операции против Ирана, но теперь жалуются на проблемы...
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
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...
Деньги
24.11.2025

«Кешет»: минфин готовится увеличить в два раза стоимость посылок, не облагаемых налогом

По информации телеканала "Кешет-12", министр финансов Бецалель Смотрич в ближайшее...
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....
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
30.03.2026
 Аркадий Красильщиков

Мы всё ещё в пути

Скоро Песах. Кто-то считает, будто мы вернулись, пришли Домой, оставили позади мертвое пространство...
Публицистика
18.03.2026
 Александр Непомнящий

О кровосмесительстве и о кровавом навете

"Мы думали, что, оставив страны рассеяния, сможем забыть о тупой и злобной черни, ненавидящей нас и искренне верящей...
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, у которого было почти 50 лет, чтобы укорениться и окопаться,...
Публицистика
12.03.2026
 Миша Левин

Да, «Хизбалла» всё еще опасна, и да, мы её почти добили

Среди прочих панических слухов ходит вопрос: как же так, мы же "Хизбаллу" победили,...
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...