Исследователи из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, APL) совместно с Samsung Electronics разработали новый твердотельный термоэлектрический охлаждающий материал, пригодный для массового производства с использованием полупроводниковой технологии. Разработчики утверждают, что новинка в два раза эффективнее ранее разработанных термоэлектрических материалов для охлаждения электронного оборудования.

Источник изображения: eenewseurope.com

Технология твердотельного термоэлектрического охлаждения CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures — «управляемые иерархически спроектированные сверхрешёточные структуры») стала результатом десятилетних исследований APL. Изначально она разрабатывалась в рамках проекта национальной безопасности для программы DARPA в США, но авторы считают, что спектр применения CHESS гораздо шире — от охлаждения протезов конечностей до отвода тепла от электронного оборудования.

«Наша реальная демонстрация охлаждения с использованием новых термоэлектрических материалов показывает возможности CHESS, — заявил руководитель совместного проекта Рама Венкатасубраманиан (Rama Venkatasubramanian). — Это знаменует собой значительный скачок в технологии охлаждения и закладывает основу для перевода достижений в области термоэлектрических материалов в практические, крупномасштабные, энергоэффективные холодильные приложения».

Технология основана на использовании электронов для отвода тепла через специализированные полупроводниковые материалы, что устраняет необходимость в движущихся частях или охлаждающих жидкостях. Исследователи использовали металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) для производства материалов CHESS. По словам учёных, «этот метод известен своей масштабируемостью, экономической эффективностью и способностью поддерживать крупносерийное производство».

Структура CHESS в тонкоплёночных материалах P- и N-типа. Источник изображения: nature.com

Используя материалы CHESS, команда разработчиков достигла почти 100 % повышения эффективности отвода тепла по сравнению с традиционными термоэлектрическими материалами при комнатной температуре. Это означает почти 75 % повышение эффективности на уровне устройства в термоэлектрических модулях и 70 % повышение эффективности в полностью интегрированной системе охлаждения.

Охлаждение большой площади с минимальным количеством пар P-N. Источник изображения: nature.com

«Эта тонкоплёночная технология имеет потенциал для роста от питания небольших холодильных систем до поддержки крупных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха зданий, подобно тому, как литий-ионные батареи были масштабированы для питания таких маленьких устройств, как мобильные телефоны, и таких больших, как электромобили», — уверен Венкатасубраманиан.

Разработчики планируют продолжить совершенствование термоэлектрических материалов CHESS с акцентом на повышение эффективности, чтобы приблизиться к эффективности обычных механических систем. В скором времени они собираются продемонстрировать более масштабные холодильные системы на основе CHESS, включая морозильные камеры. Другим направлением их дальнейшей работы станет интеграция ИИ для оптимизации энергоэффективности при раздельном или распределённом охлаждении в холодильном и климатическом оборудовании.

Термоэлектрическое качество (ZT) при температуре 300 К, измеренное методом Хармана. Источник изображения: nature.com

«Помимо охлаждения, материалы CHESS также способны преобразовывать разницу температур, например, тепло тела, в полезную энергию, — отметил менеджер исследовательской программы Джефф Маранчи (Jeff Maranchi). — В дополнение к продвижению тактильных систем следующего поколения, протезов и человеко-машинных интерфейсов, это открывает дверь к масштабируемым технологиям сбора энергии для приложений, начиная от компьютеров и заканчивая космическими аппаратами — возможности охлаждения, которые были нереализуемы с помощью старых громоздких термоэлектрических устройств».

Термическое моделирование и внедрение модулей TFTEC в холодильную систему. Источник изображения: nature.com

Разработчики уверены, что технология охлаждения CHESS открывает новые перспективы не только в научном, но и в коммерческом плане. В настоящее время они работают над переводом этих инноваций в практические, реальные приложения.

Учёные из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB) и исследователи из Берлинского университета имени Гумбольдта (Humboldt University Berlin) сообщили о регистрации рекордного КПД новых тандемных солнечных ячеек, использующих перовскит и соединение CIGS. Оба материала позволяют создавать тонкоплёночные ячейки, поэтому даже в паре они остаются гибкими.

Источник изображения: HZB

В изготовлении новых тандемных солнечных ячеек участвовали исследователи обоих учреждений. Учёные из HZB создали контактные слои, включая базовый слой под элементом, а также нижний чувствительный слой из меди, индия, галлия и селена, который обозначается аббревиатурой CIGS. Исследователи из HZB также изготовили верхний слой — перовскитный. Контактный слой, соединяющий перовскит и CIGS, был разработан и произведён в совместной лаборатории. Именно он обеспечил прорыв — наивысшую эффективность среди аналогичных решений.

При испытаниях новый тандемный элемент продемонстрировал КПД на уровне 24,6 %. Рекорд подтвердил уполномоченный Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера во Фрайбурге (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE in Freiburg). Исследователи заявили, что созданные ими тандемные перовскит-CIGS ячейки обладают потенциалом эффективности до 30 % и выше, который они попытаются раскрыть в дальнейшей работе.

Небольшое изменение в коде Linux, операционные системы на базе которого используются большинством центров обработки данных, способно сократить потребление энергии серверами на величину до 30 %, утверждают учёные Университета Ватерлоо (Канада).

Источник изображения: Scott Graham / unsplash.com

Профессор информатики Мартин Карстен (Martin Karsten) и Питер Цай (Peter Cai), аспирант на математическом факультете Университета Ватерлоо, обнаружили, что механизм обработки сетевых пакетов в ЦОД неэффективен. Они разработали небольшое изменение, чтобы значительно улучшить этот показатель. «Мы ничего не добавляли. Мы просто изменили очерёдность того, что и когда делается, и это помогло намного улучшить использование кешей центральных процессоров в ЦОД. Это как изменить схему конвейера на заводе, чтобы люди постоянно не бегали», — рассказал профессор Карстен.

При участии инженера Джо Дамато (Joe Damato) из компании Fastly — CDN-провайдера — был разработан фрагмент кода на 30 строк, который оптимизирует обработку сетевого трафика в Linux и на 30 % сокращает энергопотребление ЦОД в важных операциях. Код был включён в ядро Linux 6.13.

«Все эти крупные компании — Amazon, Google и Meta✴ — в той или иной степени используют Linux, но они очень разборчивы в его применении. Если они решат „включить“ наш метод в своих центрах обработки данных, это поможет сэкономить гигаватт-часы энергии по всему миру. Это может оказать положительное влияние практически на каждый сервисный запрос в интернете», — добавил профессор Карстен.

Акции Tesla сегодня подорожали на 8 %, продолжив активный рост, запущенный на прошлой неделе после выборов в США. Аналитики связывают это с тесными связями главы Tesla Илона Маска (Elon Musk) с избранным президентом США Дональдом Трампом (Donald Trump). В общей сложности с момента объявления победы Трампа на прошлой неделе, акции подскочили почти на 28 %, а рыночная стоимость компании впервые за два года превысила один триллион долларов.

Источник изображения: SpaceX

На данный момент стоимость акции составляет $348,30. Эксперты полагают, что, если темпы роста сохранятся, Tesla за один день торгов добавит почти $87 млрд к своей стоимости. Стоит отметить, что с начала года до объявления о победе Трампа рост акций Tesla едва превысил 1 %.

По словам аналитиков, Маск поддерживал Трампа в течение нескольких месяцев в расчёте, что тесные связи с избранным президентом позволят его компаниям получить выгоду при новой администрации. По данным федеральных отчётов, Маск вложил в избирательную компанию Трампа не менее $119 млн. Трамп ещё в сентябре заявил о намерении создать правительственную комиссию по эффективности во главе с Маском для сокращения федеральных расходов.

Трамп намерен сократить некоторые программы стимулирования для электромобилей, ранее предоставленные администрацией Байдена. По мнению аналитиков, от этих мер больше пострадают начинающие автопроизводители, а не Tesla, из-за доминирования компании на рынке электрокаров.

Источник изображений: Reuters

От электромобилей Tesla до ракет SpaceX и мозговых чипов Neuralink — бизнес-проекты Маска в значительной степени зависят от государственного регулирования, субсидий или политики. Технология беспилотного вождения Tesla также находится под пристальным вниманием со стороны регулирующих органов. Потенциальное влияние Маска в правительстве может быть значительным для его других проектов, таких как Starlink, благодаря его роли крупного подрядчика Министерства обороны США.

Список связей Илона Маска с правительственными органами США

«Как “царь эффективности”, Маск, вероятно, увидит в этом возможность избавиться от бюрократической волокиты и упростить регулирование, что потенциально поможет его компаниям, которые находятся на переднем крае технологических инноваций», — считает глава отдела финансов и рынков в Hargreaves Lansdown Сюзанна Стритер (Susannah Streeter). Она предположила, что претензии Маска о «преференциальном отношении» могут закончиться судебными исками, но, учитывая, продолжительность и сложность такого процесса, у предприятий Маска достаточно времени, чтобы извлечь выгоду.

Команда учёных под руководством исследователей из Мадридского университета Комплутенсе (Universidad Complutense de Madrid) создала первый в мире солнечный элемент с использованием фосфида галлия и титана. Это соединение способно почти вдвое превзойти по эффективности кремний, обещая для одиночного p-n-перехода предельный КПД вблизи 60 %.

Источник изображения: Universidad Complutense de Madrid

«Наша группа занимается исследованиями этих элементов уже более 15 лет, — рассказал изданию PV Magazine ведущий автор исследования Хавьер Олеа Ариза (Javier Olea Ariza). — Мы опубликовали первую статью в серии [работ] в 2009 году, а в нашей последней статье мы перешли к созданию первых реальных устройств. Устройства пока работают плохо, и их текущая эффективность очень низкая. Хотя требуется дополнительная работа, теоретический потенциал этих элементов может достигать эффективности около 60 %».

Самый популярный материал для производства солнечных элементов — это кремний. Ширина запрещённой зоны кремния составляет 1,1 эВ (электронвольт). Согласно пределу Шокли—Квиссера это даёт максимально допустимый теоретический предел КПД для одиночного p-n-перехода из кремния около 32 %. Выше этой величины простым способом большей эффективности для солнечной панели не получить. Необходимо накладывать друг на друга несколько переходов для поглощения разных диапазонов света либо, например, фокусировать свет — повышать его интенсивность тем или иным способом.

Если учёные смогут развить одиночные переходы на основе GaP:Ti, то с его запрещённой зоной шириной 2,26 эВ эффективность преобразования одиночного перехода обещает подняться до 60 %. Но пока проделана только малая часть работы, чтобы двигаться в сторону этого невероятного результата. Учёные лишь зафиксировали, что ранний прототип GaP:Ti-элемента площадью 1 см² способен эффективно поглощать фотоны для фотоэлектрических преобразований как ниже 550 нм, так и в узкой полосе выше этой отметки. По всей видимости, за последнее в ответе титан. Исследователи начнут работать над созданием прототипа нового элемента с более высоким КПД, с которым уже можно будет задумываться о чём-то большем, чем кремний.

Группа европейских учёных создала инновационный гибридный солнечный элемент, который будет на месте запасать энергию для расхода в тёмное время суток. Новая разработка сочетает рекордную в своей области эффективность и экологическую чистоту, используя широкодоступные материалы без дефицитных редкоземельных элементов и дорогих металлов. Общая эффективность фотоэлемента составляет скромные 14,9 %, но продукт можно развивать дальше.

Источник изображений: UPC/Paulius Baronas

Учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) и Испанского политехнического университета Каталонии в Барселоне (UPC) решали две задачи. Во-первых, нужно было снизить рабочую температуру кремниевого фотоэлемента, чтобы его КПД не снижался из-за перегрева — нагрев может уменьшить эффективность на 10–25 %. Во-вторых, аккумулирование энергии должно было происходить без использования редких химических элементов. Следует помнить, что любой фильтр снижает КПД фотоэлемента, что является дополнительной задачей для разработчиков.

Исследователи использовали обычную кремниевую фотоячейку, но сверху разместили прозрачный элемент для микроциркуляции жидкости. Эта жидкость обладала свойством изменять молекулярную структуру под воздействием ультрафиолетового и видимого света. Учёные назвали эту надстройку молекулярным накопителем солнечной тепловой энергии (MOST). Энергия накапливалась в виде изменения молекулярных связей в жидкости. Для высвобождения энергии нужно было восстановить прежние связи. Жидкость могла использоваться до 1000 раз или около трёх месяцев непрерывной работы.

Эффективность накопления энергии в молекулярных связях составила рекордные 2,3 % для этого метода. Одновременно жидкость охлаждала кремниевую фотоячейку, на поверхности которой она находилась. При температуре прямого нагрева до 39 °C жидкость снижала температуру кремниевого элемента на 8 °C, что повышало его эффективность на 0,2 % (до 12,6 %). Суммарная эффективность гибридного элемента составила 14,9 %. Поскольку каждую из составляющих можно улучшить, в будущем эффективность может достичь коммерчески приемлемого уровня, обеспечивая дополнительные преимущества: повышенную эффективность, долговечность и относительную дешевизну.