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:
Беннет сообщил, что хакерам удалось получить доступ к его аккаунту в Телеграм-мессенджере
Беннет утверждает, что хакеры вместе...
Израиль создает альянс с Грецией и Кипром для сдерживания влияния Турции
Израиль начал формировать региональный альянс против Турции, в который входят Греция и Кипр....
Нетаниягу одобрил газовое соглашение с Египтом на сумму 112 миллиардов шекелей
"Эта сделка значительно укрепляет позиции Израиля как региональной энергетической сверхдержавы и способствует...
Иранские хакеры утверждают, что взломали телефон экс-главы правительства Израиля
Иранские хакеры объявили о взломе мобильного телефона экс-премьер-министра Израиля Нафтали...
ШАС и «Яадут а-Тора» проголосуют за законопроекты коалиции
Ультаортодоксальные партии приняли решение голосовать за законопроекты коалиции.
Германия расширила контракт на закупку систем «Хец-3». Крупнейшая сделка в истории Израиля
Бюджетный комитет Бундестага 17 декабря...
В Нью-Йорке на еврея напали с ножом
Инцидент сопровождался антисемитскими высказываниями и расследуется как преступление на почве ненависти.
Ника Райнера обвинили в убийстве родителей
Ему грозит пожизненное заключение или смертная казнь.
В США запретили въезд по палестинским паспортам
Решение принято с целью обеспечения национальной безопасности.
Трамп: «Еврейское лобби» потеряло влияние в Вашингтоне
Президент США Дональд Трамп считает, что Конгресс становится антисемитским....
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 сумму $1,64 млрд с неназванной...
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...
Брин покупает израильскую компанию Wiz за 32 млрд долл
Компания Alphabet, управляющая Google покупает израильский стартап...
Израильские ученые разработали «электронный нос» для диагностики заболеваний и анализа ароматов
Ученые из Еврейского университета Иерусалима...
Национальная служба информационно-коммуникационных технологий раскрывает детали изощрённой иранской шпионской операции
Национальная служба информационно-коммуникационных...
Рейтинг оборонных компаний SIPRI-2024: позиция израильской тройки и рекорд Ближнего Востока
Стокгольмский международный институт исследований проблем мира (SIPRI) опубликовал глобальный рейтинг ведущих оборонных...
ЦАХАЛ получит лазерные перехватчики Iron Beam в конце месяца
"Ожидается, что лазерная система Iron Beam коренным образом изменит правила ведения боя."
Израильский стартап разработал аналог Waze для навигации на море
Израильский стартап разработал платформу для навигации судов, аналогичную Waze.
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...
Коалиция не поддержала новоназначенного руководителя ШАБАК
"Замена человека с мировоззрением с Каплан другим человеком с похожим мировоззрением не решает проблему, а лишь увековечивает...
«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").
Галь Гадот стала лауреатом премии Genesis
Актриса Галь Гадот стала лауреатом премии Genesis Prize 2026 года — ежегодной награды, которая отмечает вклад евреев в развитие человечества....
Йорам Гаон на кинофестивале Самарии: «У кино Шомрона - большое будущее!»
Сотни зрителей собрались в Доме культуры Ариэля на открытии шестого международного...
Галь Гадот станет «иконой Голливуда»
Актриса Галь Гадот, недавно получившая звезду на Аллее славы, удостоится еще одной престижной награды.
Из религиозной школы в Бейт-Шемеше на вершину мира: фильм о религиозной чемпионке мира покоряет фестивали
В ближайшие дни состоится премьера документального фильма «Сражения Нили» режиссеров...
В Самарии состоится шестой Международный кинофестиваль
В начале ноября в Самарии откроется шестой Международный кинофестиваль — событие, которое уже стало неотъемлемой частью культурного календаря Израиля....
Что ни делает левак, всё он делает не так
Светоч дукиюма мэр Хайфы Йона Яхав, решил отменить выступление правого...
Психология вины
"Социализм живуч, так как построен на психологии. Очень многие из нас привыкли существовать в...
После погрома
"Сами журналисты, счастливо избежавшие встречи с про-палестинским хулиганьём, наверняка сделали для себя какие-то выводы. Вопрос: какие именно?...
Почему MamdaNYstan - это хорошо (для Израиля, Трампа и всех ментально здоровых людей)?
"Реализация идей и обещаний исламокоммуниста Мамдани...
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...
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...
Образование для детей, волонтерство для родителей: новый проект «Масы» и НААЛЕ
Организация "Маса", основанная ЕА "Сохнут" и правительством Израиля, уже 21 год содействует участию молодежи из разных стран в...
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."












