Сегодня 03 апреля 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 🔥
«Яндекс» представил «Нейроэксперта» — ИИ, который соберёт базу знаний по ссылкам и файлам пользователя 2 ч.
«Хуже моего самого страшного кошмара»: утечка геймплея с тестирования новой The Sims ужаснула фанатов 2 ч.
Самые полные издания Borderlands 3 и Diablo III добавят в Game Pass, а лучшая игра 2024 года по версии 3DNews подписку скоро покинет 13 ч.
«Эпический» сериал Netflix по Assassin’s Creed впервые за несколько лет подал признаки жизни 13 ч.
Спустя 10 лет после релиза Enter the Gungeon получит «крупнокалиберный сиквел» — первый трейлер и подробности Enter the Gungeon 2 15 ч.
«Наш контент бесплатный, а инфраструктура — нет»: ИИ-боты разоряют «Википедию» 17 ч.
Nintendo поднимет цены на игры раньше Take-Two с GTA VI — Mario Kart World для Switch 2 будет стоить $80 в «цифре» и $90 в рознице 17 ч.
Роскомнадзор наделил себя правом собирать IP-адреса россиян 17 ч.
«Торт не был ложью!»: Nintendo подтвердила релиз Hollow Knight: Silksong в 2025 году и показала 5 секунд геймплея 18 ч.
Adobe придумала монтаж без пересъёмок: Premiere Pro 25.2 получил ИИ, который добавит ролику недостающие кадры 18 ч.
Самый опасный в истории наблюдений астероид теперь угрожает Луне, а не Земле 11 мин.
Apple, Nvidia и Amazon под ударом: трампоские пошлины полностью перекроят технологическую отрасль 15 мин.
Российская WildTeam выступила генеральным проектировщиком ЦОД общей ёмкостью 350 МВт 23 мин.
Смартфон Poco M7 Pro 5G с чипом Dimensity 7025-Ultra поступил в глобальную продажу 2 ч.
Названа дата запуска первой партии интернет-спутников Amazon Project Kuiper — они полетят на ракете с российскими двигателями 2 ч.
Samsung резко нарастила поставки чипов в Китай, пока этому не мешают санкции 2 ч.
Western Digital выпустила HDD серии Purple Pro ёмкостью 26 Тбайт для систем видеонаблюдения 3 ч.
Китай увеличил закупки ИИ-чипов Nvidia в четыре раза — до $16 млрд за первый квартал 5 ч.
Акции Tesla отыграли потери на слухах об уходе Илона Маска из правительства США 6 ч.
ASML увеличит количество обслуживающего персонала в Японии в пять раз 8 ч.