Сегодня 15 июня 2024
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.
Вечерний 3DNews
Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Disney внедрил «рекламные игры» в стриминговые сервисы Hulu и ESPN 4 ч.
Meta перестала обучать ИИ на данных пользователей, но только из ЕС 4 ч.
Новая статья: XDefiant — зов долга, но не тот. Рецензия 5 ч.
В Сети нашли намёк на сроки выхода крупного эксклюзива Xbox — ролевой игры Clockwork Revolution, похожей на BioShock Infinite 5 ч.
The Talos Principle 2 получила «грандиозное» дополнение Road to Elysium со счастливой концовкой и сложнейшими загадками 6 ч.
Ubisoft превращается в «Абстерго»: платформу Assassin’s Creed Infinity переименовали в «Анимус» 7 ч.
Apple станет первой компанией, которой ЕС предъявит обвинение по закону DMA — из-за монополии App Store 7 ч.
Статистика назвала самые желанные игры с летних презентаций — Doom: The Dark Ages на втором месте 8 ч.
Bandai Namco анонсировала первый за несколько месяцев патч для Elden Ring и раскрыла системные требования Shadow of the Erdtree 9 ч.
«Базальт СПО» представила открытую библиотеку libdomain для управления службами каталогов 10 ч.
Intel поймала AMD на подтасовке результатов в ИИ-тестах EPYC против Xeon 4 ч.
Южнокорейские ИИ-стартапы Sapeon и Rebellions объединятся, чтобы вместе противостоять NVIDIA 6 ч.
Lian Li представила корпус O11 EVO RGB Automobili Lamborghini в стиле итальянских суперкаров 7 ч.
«Джеймс Уэбб» разглядел пару звёзд с газовыми шлейфами там, где учёные 50 лет видели лишь одну звезду 9 ч.
Марсоход Perseverance наткнулся на опасное поле валунов, но смог обогнуть его по руслу древней реки 10 ч.
Samsung Galaxy Z Fold6 показался на видео в форме макета — его сравнили с предшественником 10 ч.
Учёные облачили ДНК в искусственный янтарь — получилось сверхплотное и долговечное хранилище данных 11 ч.
Спрос на ЦОД в Азиатско-Тихоокеанском регионе значительно превышает предложение 12 ч.
Суд взыскал с производителя электроники «Ангстрем» более €1 млрд в пользу «ВЭБ.РФ» 13 ч.
Глобальный рынок смартфонов столкнулся с перенасыщением 13 ч.