Сегодня 17 сентября 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 🔥
Даже авторы сценария The Wolf Among Us 2 не знают, что происходит с игрой 57 мин.
Nothing анонсировала OS 4.0 — интерфейс стал проще, а камера умнее 3 ч.
Paradox добавила возмутившие фанатов платные кланы в стандартное издание Vampire: The Masquerade — Bloodlines 2 и анонсировала два сюжетных DLC 4 ч.
Жертвы утечки данных Facebook через Cambridge Analytica начали получать выплаты от Цукерберга 4 ч.
Энтузиаст запустил классическую Doom на старом КПК и оставил работать — игра вылетела спустя два с половиной года 4 ч.
В мессенджере Max начинаются «открытые» тесты каналов — создавать их разрешат блогерам из реестра РКН 4 ч.
В России выплатили первую зарплату в цифровых рублях 6 ч.
На официальном сайте Like a Dragon засветилась Yakuza Kiwami 3 — Ryu Ga Gotoku Studio готовит анонс ремейка Yakuza 3 6 ч.
Microsoft обратилась к ИИ от Anthropic для Visual Studio Code — OpenAI больше не в почёте 7 ч.
«Базис» выходит на рынок Бразилии 7 ч.
Российский специалист по ремонту ПК-оборудования VIK-on выпустил DDR5-тестер для ноутбуков 13 мин.
Garmin выпустила смарт-часы Venu 4 — улучшенные функции, светодиодный фонарик и цена от $550 23 мин.
iPhone 17 Pro обласкали в первых обзорах: «значительное обновление, вызывающее восторг» 26 мин.
СМИ и блогеры протестировали iPhone Air: «ультратонкий смартфон не без компромиссов» 46 мин.
Вышли первые обзоры iPhone 17: «лучший вариант базовой модели за последние годы» 57 мин.
Patriot представила два PCIe 5.0 SSD: Viper PV563 среднего уровня и PA523 — начального 2 ч.
Завтра утром недалеко от Земли пролетит огромный астероид 2025 FA22, и за ним можно понаблюдать онлайн 3 ч.
DJI представила компактный дрон Mini 5 Pro с дюймовым сенсором и повышенной автономностью 3 ч.
Новые детские умные часы Garmin Bounce 2 с отслеживанием и двусторонней связью оценены в $300 4 ч.
Дженсен Хуанг «разочарован», но «понимает» решение Китая о запрете импорта ускорителей Nvidia 4 ч.