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 подтвердил ликвидацию двух террористов «Хизбаллы» на юге Ливана. Видео
Армия обороны Израиля подтвердила ликвидацию двух террористов "Хизбаллы"...
Экс-командующий ВМС Израиля: США не хотят участия Израиля в ударе по Ирану
Бывший командующий ВМС Израиля Элиэзер Маром заявил, что США на данном...
Нетаниягу обсудил безопасность с силовиками после визита главы ЦАХАЛ в США
Премьер-министр Израиля Биньямин Нетаниягу провел совещание с высокопоставленными представителями служб...
Ночью в Хайфе пройдут учения Службы тыла
Пресс-служба Армии обороны Израиля сообщила, что ближайшей ночью в Хайфе пройдут учения Службы тыла.
ЦАХАЛ сообщил об уничтожении складов оружия «Хизбаллы» на юге Ливана
Армия обороны Израиля заявила, что в ходе недавних операций на юге Ливана сухопутные подразделения уничтожили ряд объектов, принадлежащих...
Пограничный переход «Рафиах» открывается в тестовом режиме
Фактическая работа пограничного перехода должна начаться завтра, 2 февраля.
Иран объявил вооруженные силы ЕС террористическими группировками
Иран объявил вооруженные силы стран Европейского союза террористическими группировками.
Трамп оценил переговоры с Ираном как «серьезные». Концентрация военных сил в регионе продолжается
Президент США Дональд Трамп заявил, что Иран ведет "серьезные" переговоры...
Взрывы в Иране. Есть погибшие
Иранские СМИ сообщают о взрывах в разных частях страны, причина которых пока не ясна.
Трамп опубликовал обращение к Тегерану: сделка по формуле «никакого ядерного оружия» или атака
"Следующая атака будет куда хуже! Не допустите, чтобы это повторилось"
Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.
Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая зятю президента США Джареду Кушнеру, участвует...
La Liste 2025: девять израильских ресторанов среди лучших в мире
Восемь отмеченных заведений расположены в Тель-Авиве, еще одно – в Иерусалиме.
Elbit Systems заключила контракт на 1,6 млрд долл
Израильский оборонный концерн Elbit Systems заключил сделку на...
Elbit Systems стала самой дорогой компанией Израиля
Оборонный концерн Elbit Systems стал самой дорогой израильской...
В мае израильские стартапы привлекли 550 млн долл
Израильский технологический сектор продолжает демонстрировать устойчивость...
NVIDIA представила Rubin с израильским «двигателем»
NVIDIA представила ИИ-платформу Rubin, отметив, что её ключевые технологии и чипы разработаны израильскими...
После шести лет разработок ЦАХАЛ получит новую гаубицу «Роем»
Производство этой гаубицы для ЦАХАЛ началось с нуля около шести лет назад.
Израильские ученые разработали новую технологию для мониторинга болезни Альцгеймера
Исследователи Еврейского университета Иерусалима создали метод точного...
Израильские ученые разработали «электронный нос» для диагностики заболеваний и анализа ароматов
Ученые из Еврейского университета Иерусалима создали газовый сенсор,...
Национальная служба информационно-коммуникационных технологий раскрывает детали изощрённой иранской шпионской операции
Национальная служба информационно-коммуникационных технологий обнародовала информацию об...
Эфрат Перец-Томер, старший клинический психолог южного округа «Меухедет», объясняет, как создать адаптированную к обстоятельствам рутину, которая поможет детям более спокойно пережить это сложное время.
Обновленный режим работы медучреждений больничной кассы «Меухедет»
В связи с ситуацией в сфере безопасности и в соответствии с указаниями Министерства здравоохранения, в воскресенье...
В Израиле впервые пересадили искусственное сердце
В Израиле проведена успешная операция по трансплантации искусственного сердца.
Мобильная клиника: комплексное обследование для женщин рядом с домом
Около 140 женщин прошли обследование в передвижной клинике женского здоровья «Меухедет» в Гиватайме...
Прощайте, длинные очереди: новые услуги, которые обеспечат вам качественную и быструю медицинскую помощь
Сегодня в Израиле остро ощущается нехватка врачей-специалистов. Эта ситуация знакома...
Астма: вдох-выдох
С началом зимы далеко не все радуются установлению желанной прохлады. Есть среди нас и те, кто встречает зиму с тревогой, опасаясь обострения хронического недуга. Эти люди...
«Кешет»: минфин готовится увеличить в два раза стоимость посылок, не облагаемых налогом
По информации телеканала "Кешет-12",...
Экономика Израиля резко восстановилась
Экономика Израиля восстановилась в июле-сентябре, а ВВП увеличился на 12,4% в годовом исчислении.
Все израильтяне будут платить за обязательные солнечные панели на крышах
Главная цель инициативы — ускорить децентрализацию электросети и увеличить долю возобновляемой энергии....
Израиль продал вооружений на рекордные 14,8 млрд долл
Экспорт оборонной продукции Израиля в 2024 году составил рекордные $14,8 млрд.
«Битуах Леуми» меняет схему оплаты за резервистскую службу: вы получите больше
"Битуах Леуми" изменяет систему оплаты компенсации за резервистскую службу ("тигмулей милуим").
Премьера в Манхэттене: Театр «Шомрон» привез в США историю Зеэва Жаботинского
Во вторник, 21 января, в Манхэттене впервые состоялась премьера театра...
Ноам Беттан представит Израиль на «Евровидении-2026»
Певец Ноам Беттан будет представлять Израиль на 70-м конкурсе песни «Евровидение-2026» в Вене....
Белла Хадид и Педро Паскаль собрали 5,4 млн долл для фонда, подозреваемого в связях с ХАМАСом
Одним из ключевых получателей назван Фонд помощи палестинским детям (Palestinian...
Галь Гадот спродюсирует экшен-франшизу для Paramount
Галь Гадот выступит продюсером, а также может сыграть главную роль в новой экшен-франшизе от студии Paramount Pictures.
Под маской сосуществования: новый документальный сериал вскрывает тревожное явление в Израиле
На этой неделе, со вторника по четверг (6–8 января), 14-й канал покажет премьеру трехсерийного...
Восстание «танпинов»
В ответ Пекин делает то, что делают все стареющие диктатуры в кризисе: закручивает гайки, душит бизнес,...
«Свергнем диктатора-марионетку!»
Иду я, значит, вчера в Иерусалиме мимо Кнессета, мне навстречу – внушительная толпа,...
Дихотомия бунта
Есть два вида революционеров. Одни в кавычках, другие в крови.
Затыкание ртов и промывание мозгов
"На протяжении десятков лет (и в бытность министром юстиции) я сотни...
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."












