Сегодня 18 мая 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 🔥
В Москве арестовали бывшего главу Binance в СНГ и сооснователя крипто-игры Blum 5 ч.
В правительстве США потребовали остановить глобальное распространение Huawei HarmonyOS 9 ч.
Новая статья: The Precinct: вы имеете право хранить молчание. Рецензия 20 ч.
Android-приложения получат доступ к ИИ-модели Gemini Nano, которая работает прямо на смартфоне 17-05 13:19
Epic Games снова обратилась в суд, чтобы принудить Apple вернуть Fortnite на iPhone 17-05 12:37
Intel выпустила важные исправления безопасности для устранения уязвимостей в Core Ultra, Arc и серверных GPU 17-05 07:32
OpenAI станет одним из основных пользователей крупного ЦОД в ОАЭ 17-05 06:34
Microsoft отделила Teams от Office в попытке увернуться от штрафа в ЕС 17-05 00:41
Новая статья: «Приключения Капитана Блада» — ахой из прошлого. Рецензия 17-05 00:00
Не будут брать подписку — отключим апдейт: Broadcom нарушила обещание поддерживать VMware с «вечными» лицензиями 16-05 23:14
Amazon похвалилась сотнями тысяч пользователей Alexa+, но их никто не видел 2 ч.
Квартальные результаты Cisco и прогноз превысили ожидания Уолл-стрит 4 ч.
Квартальные поставки Nearline-накопителей сократились на 12 % 6 ч.
Квартальная выручка CoreWeave взлетела в пять раз, но компания продолжает нести убытки 6 ч.
Индия потеряла новый спутник по пути на орбите — у ракеты-носителя PSLV-XL отказал двигатель 7 ч.
Xiaomi намеревается сделать свои электромобили самыми безопасными в отрасли 12 ч.
Первые немногочисленные роботакси Tesla будут контролироваться дистанционно 12 ч.
Глава Nvidia утверждает, что свидетельств контрабанды ускорителей этой марки в Китай нет 13 ч.
Apple может полностью потерять китайский рынок смартфонов — Вашингтон против работы в сфере ИИ с Alibaba 22 ч.
Европа перейдёт на торий и выработанный уран — помимо энергии это сэкономит на захоронении отходов АЭС 22 ч.