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

230

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
30.09.2026

Самолет Flydubai с израильскими пассажирами приземлился в Бен-Гурионе

Самолет Flydubai с израильскими пассажирами, возвращавшимися из Саудовской...
Израиль
30.09.2026

Израильские пассажиры Flydubai вылетели из Саудовской Аравии

Самолет Flydubai, направленный за пассажирами рейса FZ1073, вылетел из Саудовской Аравии в Израиль.
Израиль
30.09.2026

Нетаниягу выступил с заявлением в связи с инцидентом на борту Flydubai

Премьер-министр Биньямин Нетаниягу выступил в среду, 30 сентября, со специальным обращением в связи с...
Израиль
30.09.2026

21 год после размежевания: более 10 тысяч человек прошли маршем от Ганим до Кадим

Более 10 тысяч человек со всей страны приняли сегодня участие в традиционном марше по северу Самарии...
Израиль
30.09.2026

Бен-Гвир: доктрина безопасности Израиля должна выйти на новый уровень

Министр национальной безопасности Итамар Бен-Гвир заявил после инцидента с самолетом Flydubai, следовавшим из...
В мире
В мире
23.09.2026

Предотвращен теракт против еврейской общины Манчестера

Двое мужчин задержаны в центре Манчестера по подозрению в подготовке нападения на еврейскую общину; операция...
В мире
23.09.2026

Трамп в ООН: сделка с Ираном или «полное уничтожение Исламской Республики»

Президент США Дональд Трамп, выступая во вторник, 22 сентября, на...
В мире
9.09.2026

Глава МИД Гидеон Саар открыл посольство Израиля в Словении

Министр иностранных дел Гидеон Саар торжественно открыл посольство Израиля в Словении. Это первое в истории постоянное...
В мире
2.09.2026

Трамп предложил переименовать Ормузский пролив в «пролив Трампа»

Президент США Дональд Трамп предложил переименовать Ормузский пролив в «пролив Трампа».
В мире
2.09.2026

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 чего Тегеран сообщил об...
Бизнес
Бизнес
3.08.2026

Лето в бокале: освежающие коктейли AMOR для ярких вечеров

Лето создано для лёгкости, новых впечатлений и красивых моментов. Вечер на балконе, встреча с друзьями,...
Бизнес
6.07.2026

Grant's 12 Years Triple Wood: три бочки, которые меняют характер виски

В мире шотландского виски срок выдержки уже давно перестал быть единственным...
Бизнес
25.06.2026

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...
Бизнес
14.04.2026

Duty Free возвращается: James Richardson возобновляет полную работу в Бен-Гурионе

После длительного периода ограничений магазины James Richardson Duty Free в аэропорту...
Наука и технологии
Наука и технологии
5.08.2026

Учёба в Ариэле: строим будущее в Израиле

Ариэльский университет – это израильский исследовательский университет, который сочетает академическое превосходство,...
Наука и технологии
4.08.2026

Сине-белый интеллект: Израиль берет курс на мировое лидерство в ИИ

Израиль переходит к практической реализации национальной программы, главной целью которой...
Наука и технологии
4.06.2026

В Израиле внедрят новую систему для обмена данными между министерствами

Разработанная для армии технология поможет государственным ведомствам быстрее обмениваться информацией, принимать...
Наука и технологии
20.05.2026

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...
Медицина
Медицина
1.09.2026

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...
Медицина
20.08.2026

Минздрав: обнаружены комары, зараженные вирусом лихорадки Западного Нила

Министерство охраны окружающей среды и Министерство здравоохранения сообщают об обнаружении комаров, зараженных вирусом...
Медицина
18.08.2026

Минздрав: загрязнение водоемов на севере

Министерство здравоохранения и Министерство охраны окружающей среды сообщают о превышении допустимых показателей загрязнения воды...
Медицина
13.08.2026

Респираторные вирусы в разгар лета

У каждого второго ребёнка больничная касса «Меухедет» диагностировала респираторное заболевание
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
8.06.2026

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...
Культура
13.05.2026

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....
Культура
17.04.2026

Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля

Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Публицистика
Публицистика
28.09.2026
 Виктор Корецкий

Кто задаёт повестку — тот задаёт правила игры

Вас всё ещё удивляют кампании левых? Тогда поймите метод: Правда и факты...
Публицистика
28.09.2026
 Аркадий Красильщиков

Маятник ненависти: антиизраильская истерия не вечна

Нормальных людей ненависть, как и всякая...
180
Публицистика
27.09.2026
 Аркадий Красильщиков

Главная задача ООН - борьба с Израилем и евреями

ООН - обычная толпа НЕРАВНЫХ, где бедных стран гораздо...
Публицистика
27.09.2026
 Сеня Вальдберг

В качестве бонуса…

Попытайтесь ответить на все эти вопросы, ни разу не употребив...
Публицистика
22.09.2026
 Игорь Черниховский

Вершинка айсберга

Два прекраснодушных израильских идиота потрафили не менее прекраснодушным...
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...