16 декабря 2019, понедельник, 11:19
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Новый «чудо-материал» для солнечной энергетики

Калейдоскоп наноструктурированных систем оксисульфидов висмута — фотоэлектроды в статье —  удивляет гигантскими токами (до 2500%) на один фотон. Так свет открывает канал для накопленных в наноструктурированном слое зарядов из внешней цепи
Калейдоскоп наноструктурированных систем оксисульфидов висмута — фотоэлектроды в статье — удивляет гигантскими токами (до 2500%) на один фотон. Так свет открывает канал для накопленных в наноструктурированном слое зарядов из внешней цепи
Екатерина Скорб/РНФ

Ученые из Университета ИТМО, Института имени Макса Планка и Белорусского государственного университета обнаружили новый материал для солнечных ячеек, дающих необычно большой для подобных систем «выход» (квантовую эффективность преобразования). При попадании одной частицы света этот показатель составил 2500% (при обычных максимально возможных 100%). О причинах такого эффекта и о его возможном применении в энергетике сообщается на страницах журнала Advanced Materials. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

В основе солнечной энергетики лежит преобразование солнечного света в электричество. При попадании солнечного луча на фотоэлементы батареи, их поверхность бомбардируется фотонами (квантами света). Фотоны выбивают избыточные электроны, в результате чего возникает электрический ток. Это становится возможным благодаря особому покрытию солнечных батарей, где искусственным образом создается дефицит электронов на одном уровне и избыток — на другом. С разными материалами этот процесс протекает с различной эффективностью, что вынуждает ученых опытным путем искать покрытия с максимальным «выходом».

«Наше новое исследование связано с энергетикой, а именно с превращением энергии света в электричество на солнечных элементах. Для такой конверсии используется множество полупроводниковых систем с различными параметрами. Действуя методом проб и ошибок, мы испытываем различные материалы. Наша задача — найти фотокатализатор, активируемый видимым светом, чтобы его можно было использовать в биологических системах. Кроме того, изготавливаться это вещество должно простым и дешевым методом», — рассказала соавтор статьи Екатерина Скорб, кандидат химических наук, профессор кафедры химии и молекулярной биологии Университета ИТМО.

Ученые работали с одним из таких перспективных материалов — наноструктурированным оксисульфидом висмута. Так как слоистые пленки из этого вещества не меняют свойств при использовании на поверхностях с большой площадью (в отличие от многих аналогичных материалов), их можно использовать на массивных панелях. Кроме того, эти пленки отличаются низкой токсичностью, низкой ценой, их можно «выращивать» на различных веществах. Когда ученые измерили выход энергии с этого вещества стандартными фотоэлектрохимическими методами, они увидели большие показатели: квантовая эффективность преобразования – количество носителей заряда, которое произведет один фотон, – составила до 2500%.

Падающий на солнечный преобразователь фотон должен вызвать рождение экситона — квазичастицы, состоящей из электрона и электронной «дырки», то есть отсутствия данной частицы. Затем, в зависимости от конструкции системы, либо электроны, либо «дырки» создают выходной ток (ток, который создается в результате кажущегося движения «дырки», называется «дырочным»). Так как один фотон может вызвать рождение более одной электронно-дырочной пары, то квантовая эффективность может превышать 100%, при этом не нарушая закон сохранения энергии.

Согласно гипотезе ученых, гигантская эффективность определяется уменьшением сопротивления пленки оксисульфида висмута при освещении, что позволяет носителям заряда из внешней цепи участвовать в окислительно-восстановительных реакциях в растворе. Аномально высокая фотоэлектрохимическая активность, то есть интенсивность преобразования солнечной энергии в химическую и электрическую энергию, а также ширина запрещенной зоны, подходящая для преобразования солнечного света, говорят о том, что фотоэлектроды из оксисульфида висмута перспективны для нового поколения «солнечных ячеек». Ширина запрещенной зоны, то есть диапазон недоступных для электронов энергий в твердом теле, зависит от состава вещества. Фотон с энергией меньше этой ширины не сможет породить экситон. В исследуемом веществе ширина составляет 1,38 эВ, а энергия фотонов видимого света — 2–3 эВ, что позволяет пленкам из оксисульфида висмута эффективно поглощать свет видимого диапазона и преобразовывать его в электрический ток.

«Сейчас мы работаем над тем, как можно использовать такой гигантский выход. Сам эффект настолько интересный, что редакция журнала Advanced Materials поместила изображение из статьи на обложку номера. Мы надеемся, что наше открытие привлечет внимание многих ученых. По значимости оно, возможно, сопоставимо с перовскитными ячейками», — отметила Екатерина Скорб.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп защита растений информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.