Сегодня 09 июня 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 🔥
«Переосмысленная» Windows для портативных консолей не загружает рабочий стол и экономит 2 Гбайт памяти 4 ч.
«Напоминает Dishonored и Bioshock»: презентация ролевой игры Clockwork Revolution про путешествия во времени прошла успешно 6 ч.
Ремейк Persona 4 вышел из тени — первый тизер и геймплей Persona 4 Revival 6 ч.
Анонсирован Resonance: A Plague Tale Legacy — приквел дилогии приключений Амиции и Гуго с новой героиней 7 ч.
Microsoft всё активнее продвигает бренд Xbox PC как альтернативу Steam 10 ч.
Автор Spec Ops: The Line и гитарист Nine Inch Nails работают над Sleep Awake — психоделическим хоррором про вечную бессонницу 12 ч.
Атмосферная стелс-стратегия Eriksholm: The Stolen Dream в антураже северного городка начала XX века выйдет 15 июля 16 ч.
Nvidia планирует построить 100 новых ИИ-фабрик по всему миру 22 ч.
Запрет на TikTok в США может быть отложен на неопределённый срок 08-06 00:50
Высокий суд Англии вывел на чистую воду адвокатов, использующих ИИ, — они ссылались на фейковые прецеденты 08-06 00:47
Новая статья: Обзор видеокарты NVIDIA GeForce RTX 5060: счастливое исключение 4 ч.
Marvell получила рекордную выручку и рассчитывает на дальнейшее успешное сотрудничество с гиперскейлерами 5 ч.
Microsoft и Asus показали портативные консоли Xbox Ally на новой Windows с интерфейсом Xbox 6 ч.
Meta хочет инвестировать свыше $10 млрд в стартап по разметке данных для ИИ Scale AI 12 ч.
NASA и Пентагон приступили к поиску альтернатив ракетам и кораблям SpaceX 15 ч.
Сроки строительства гигаваттного ЦОД в ОАЭ растянутся из-за проблем в сфере безопасности 20 ч.
Китайские власти пытаются добиться смягчения европейских санкций в высокотехнологичной сфере 21 ч.
Gigabyte собрала идеальную систему на Ryzen Threadripper для ИИ, игр и работы 22 ч.
Акции Broadcom упали из-за слабого прогноза, несмотря рост прибыли и выручки 07-06 23:11
Признаки жизни, сенсационно обнаруженные на экзопланете K2-18b, теперь вызывают у учёных сомнения 07-06 23:02