Сегодня 21 октября 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

В США разработали материал для солнечных панелей с внешней квантовой эффективностью 190 %

На деньги Министерства энергетики США учёные из Лехайского университета (штат Пенсильвания) создали материал для солнечных панелей с невообразимой эффективностью. Благодаря разработке новые панели смогут вырабатывать до двух электронов на каждый поглощённый высокоэнергетический фотон, что намного выше теоретически предсказанного значения.

 Источник изображения: Ekuma Lab/ Lehigh University

Источник изображения: Ekuma Lab/ Lehigh University

Следует подчеркнуть, что привычное значение КПД панелей и внешняя квантовая эффективность фотоэлектрического материала — это не одно и то же. При падении на панель часть фотонов отражается, а другая часть нагревает панель вместо возбуждения электронов. Тем самым теоретическое значение внешней квантовой эффективности (EQE) не может быть больше 100 %, на что указывает предел Шокли-Квиссера, а КПД панелей ещё меньше. Но что это за наука, если она не может шагнуть за пределы известного?

«Эта работа представляет собой значительный скачок вперёд в нашем понимании и разработке решений в области устойчивой энергетики, подчеркивая инновационные подходы, которые могут переопределить эффективность и доступность солнечной энергии в ближайшем будущем», — сказал Чинеду Экума (Chinedu Ekuma), профессор физики, который является ведущим автором статьи в журнале Science Advances.

Поиск нужной комбинации материалов сначала был проведён с помощью моделирования на компьютере. Затем, на основе полученных данных, был создан прототип, подтвердивший удивительные свойства материала. Образец в качестве активного слоя в кремниевой фотоэлектрической ячейки продемонстрировал среднее фотоэлектрическое поглощение в 80 %, высокую скорость генерации фотовозбуждённых носителей и внешнюю квантовую эффективность (EQE) на беспрецедентном уровне 190 %.

Скачок эффективности материала во многом объясняется его отличительными «состояниями промежуточной зоны», специфическими уровнями энергии, которые расположены в электронной структуре материала таким образом, что делают их идеальными для преобразования солнечной энергии. Эти состояния имеют уровни энергии в пределах оптимальных энергетических диапазонов, в которых материал может эффективно поглощать солнечный свет и производить носители заряда — около 0,78 и 1,26 эВ (электрон-вольт). Кроме того, материал особенно хорошо проявил себя при высоких уровнях поглощения в инфракрасной и видимой областях электромагнитного спектра.

В традиционных солнечных элементах максимальное значение EQE составляет 100 %, что соответствует генерации и сбору одного электрона на каждый поглощенный фотон солнечного света. Новый материал, как и ряд других перспективных материалов, продемонстрировал способность генерировать и собирать более одного электрона из фотонов высокой энергии, что обеспечивает увеличение теоретически возможного КПД панелей до двух и более раз.

Хотя такие материалы с многократным генерированием экситонов еще не получили широкого коммерческого распространения, они обладают потенциалом для значительного повышения эффективности систем солнечной энергетики. В материале, разработанном исследователями Лехайского университета, состояния промежуточной зоны позволяют улавливать энергию фотонов, которая теряется традиционными солнечными элементами, в том числе за счет отражения и выработки тепла.

Исследователи разработали новый материал с использованием «ван-дер-ваальсовых зазоров», атомарно малых промежутков между слоистыми двумерными материалами. Эти промежутки могут удерживать молекулы или ионы, и материаловеды обычно используют их для вставки или «интеркалирования» других элементов для настройки свойств материала. По сути в этих зазорах различные межмолекулярные силы, определяемые как силы Ван-дер-Ваальса, крепко удерживают нужные молекулы или атомы, как в случае нового материала. В частности, учёные поместили между селенидом германия (GeSe) и сульфидом олова (SnS) атомы меди нулевой валентности.

«Его быстрый отклик и повышенная эффективность убедительно указывают на потенциал Cu-интеркалированного GeSe/SnS в качестве квантового материала для использования в передовых фотоэлектрических решениях, предлагая возможности для повышения эффективности преобразования солнечной энергии, — говорят разработчики. — Это многообещающий кандидат для разработки высокоэффективных солнечных элементов следующего поколения, которые сыграют решающую роль в удовлетворении глобальных потребностей в энергии».

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Жидкое стекло» Apple можно будет заматировать: представлена нова бета iOS 26.1 12 мин.
Сервисы AWS упали второй раз за день — тысячи сайтов по всему миру снова недоступны 8 ч.
Fujitsu влила £280 млн в британское подразделение в преддверии выплат компенсаций жертвам багов в её ПО Horizon 8 ч.
Календарь релизов 20 – 26 октября: Ninja Gaiden 4, Painkiller, Dispatch и VTM – Bloodlines 2 8 ч.
В Windows сломалась аутентификация по смарт-картам после октябрьских обновлений — у Microsoft есть временное решение 9 ч.
Вместо Majesty 3: российские разработчики выпустили в Steam амбициозную фэнтезийную стратегию Lessaria: Fantasy Kingdom Sim 9 ч.
Слухи: Лана Дель Рей исполнит заглавную песню для «Джеймса Бонда», но не в кино, а в игре от создателей Hitman 10 ч.
Зов сердца: разработчики Dead Cells объяснили, почему вместо Dead Cells 2 выпустили Windblown 11 ч.
Adobe запустила фабрику ИИ-моделей, заточенных под конкретный бизнес 11 ч.
Китай обвинил США в кибератаках на Национальный центр службы времени — это угроза сетям связи, финансовым системам и не только 12 ч.
Президент США подписал соглашение с Австралией на поставку критически важных минералов на сумму $8,5 млрд 18 мин.
Новая статья: Обзор смартфона realme 15 Pro: светит, но не греется 5 ч.
Ещё одна альтернатива платформам NVIDIA — IBM объединила усилия с Groq 5 ч.
Учёные создали кибер-глаз, частично возвращающий зрение слепым людям 6 ч.
Samsung выпустила недорогой 27-дюймовый геймерский монитор Odyssey OLED G50SF c QD-OLED, 1440p и 180 Гц 6 ч.
Акции Apple обновили исторический максимум на новостях об отличных продажах iPhone 17 8 ч.
Представлен флагман iQOO 15 с чипом Snapdragon 8 Elite Gen 5 и батареей на 7000 мА·ч по цене меньше $600 9 ч.
Нечто из космоса врезалось в лобовое стекло самолёта Boeing 737 MAX компании United Airlines 10 ч.
Умные кольца Oura научатся выявлять признаки гипертонии, как последние Apple Watch 11 ч.
Дешёвая корейская термопаста оказалась вредна для процессоров и здоровья пользователей 11 ч.