Графен сделает солнечную энергию доступней

Графен сделает солнечную энергию доступней

Благодаря уникальным свойствам графен может быть использован в будущем как новый эффективный материал для солнечных батарей.

Что общего между физиками и юристами- И те, и другие в своей работе полагаются на законы. Вот только если нарушение законов государства может иметь не самые радостные последствия, то для физиков поиск объектов, которые ведут себя не самым «законным» образом, может обернуться, как минимум, новым открытием. Или даже Нобелевской премией.

Одним из главных нарушителей спокойствия научного сообщества за последнее время стал графен - слой атомов углерода толщиной всего в один атом. Повышенный интерес к этому материалу, который можно получить из графита, кроется в его уникальных свойствах. За изучение графена два наших соотечественника, Андрей Гейм и Константин Новосёлов в 2010 году были удостоены Нобелевской премии по физике. Какие же нормы физического мира нарушил графен на этот раз-

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны впервые смогли зафиксировать тот факт, что графен преобразует один фотон в несколько электронов. Это открытие может серьезно улучшить производительность солнечных батарей. Почему так важно количество электронов, приходящееся на один фотон- В обычных кремниевых солнечных батареях падающий свет преобразуется в электричество. Происходит это за счет того, что фотоны света, попадая в кремниевую пластину, способны выбивать из атомов кремния свободные электроны, которые потом преобразуются в электрический ток. Однако на этот процесс наложен ряд ограничений.

Во-первых, падающие фотоны должны обладать достаточной энергией, чтобы оторвать от атомов электроны. Если энергии будет слишком мало, то электрон так и останется связанный с атомом. С другой стороны, плохо, если фотоны будут обладать слишком большой энергией. Тогда весь излишек, оставшийся после отрыва электрона от атома, будет превращаться в тепло - солнечная батарея просто нагреется. И еще одно правило - один фотон может выбить не больше одного электрона. Все это делает КПД солнечных батарей весьма низким - не больше 30%, то есть в лучшем случае батарея может преобразовать в электричество только треть солнечной энергии. На экваторе, где солнце светит круглый год, такое можно себе позволить, но в средней полосе, где из двенадцати месяцев от силы лишь пара солнечных, ни о какой эффективности солнечной энергетики говорить не приходится. Если материал солнечной батареи сможет преобразовывать падающий свет в большее число электронов, а графену это, судя по всему, под силу, тогда и экологичная солнечная энергия будет доступна не только в южных, но и в средних широтах.

Отдельного рассказа стоит то, каким образом физики из Лозанны смогли посчитать, сколько же электронов выбивает фотон из графена. Такие процессы протекают за очень короткое время, и зафиксировать их - сложнейшая задача. Исследователи разработали новый метод, который назвали «фотоэмиссионная спектроскопия углового и временного разрешения».

Как проходил эксперимент- Образец графена поместили в камеру, из которой был откачан весь воздух до состояния ультраглубокого вакуума. Затем графен освещали лазерной вспышкой длительностью всего несколько фемтосекунд. Она переводит электроны в возбужденные состояния, а потом графен подсвечивают вторым лазером, который фиксирует энергии возбужденных электронов. Варьируя задержку второй лазерной вспышки, можно получать снимки электронной динамики после поглощения света практически в реальном времени. Они-то и показали, что один фотон выбивает сразу несколько электронов.

Для того, чтобы усилить обнаруженный эффект, исследователи ввели в двумерную структуру графена примесные атомы - такой процесс называется допированием. Как оказалось, допирование существенно изменяет свойства графена, и можно подобрать такой состав и количество примесей, чтобы число сгенерированных электронов был максимальным. Если открытый эффект получится довести до практического применения, то станет возможным производство крайне эффективных солнечных батарей на основе графена.

Newsland.ru

Похожие новости:
Графен может усиливать энергию света
Ученые их испанского Института фотоники и Массачусетского технологического института (США) обнаружили, что графен при поглощении одиночного фотона преобразует его сразу в несколько электронов. В большинстве материалов при поглощении одного фотона вырабатывается лишь один электрон. Графен, следовательно, способен стать ..
2013-03-1 2033 0 Технология
0
Графен оказался идеальным материалом для бронежилетов
Физики в новом баллистическом тесте продемонстрировали высокую ударопрочность графена, а также сравнили его с бронежилетом. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. В новом тесте ученые использовали лазерный импульс, ..
2014-11-30 4064 0 Технология
4
Nokia освоит миллиардный грант на внедрение графена
Nokia стала одной из компаний, получивших от Европейского союза крупный грант на изучение графена, самого прочного и тонкого материала на Земле. Размер субсидии — 1,35 миллиарда долларов, пишет CNET. Деньги на исследования будут выплачиваться постепенно, в течение ..
2013-02-2 1470 0 Технология
0
Создан первый транзистор на фосфорной альтернативе графена
Ученые из Мичиганского университета и Университета Пердью разработали первый в мире транзистор на фосфорене — двухмерном фосфоре. Описание устройства выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, кратко о нем пишет NewScientist. На основе фосфорена и сульфида молибдена ученые создали CMOS-инвертер ..
2014-01-27 1733 0 Технология
0
Путешествовать в космосе предложили на графеновых парусах
Ученые из Китая предложили путешествовать в космосе при помощи солнечных парусов, созданных на основе графена. Об этом исследователи рассказали в препринте, доступном на сайте arXiv.org, а кратко об их работе сообщает New Scientist. Примерно год назад эти же ученые получили графеновые губки. Они представляют собой наложенные ..
2015-05-30 1422 0 Технология
0
Мышцы из графена обеспечат плавные движения
Биоинженерам из университета Дюка удалось создать материал, который сможет обеспечить плавные движения искусственных протезов и экзоскелетов. В настоящее время движения этих устройств обеспечиваются гидравлическими или пневматическими приводами, что делает невозможными плавные и естественные движения из-за того, ..
2013-02-26 1917 0 Технология
0
Графен помог физикам смешать фотоны
Физики создали преобразователь света на основе графена.Статья ученых появилась в Nature Photonics. Основой для нового устройства стал фотонный кристалл. Этим термином в физике называется среда, которая характеризуется периодическим изменением показателя преломления. Такую среду можно получить, ..
2012-07-16 1456 0 Технология
0
Ученые создали новую систему формирования радиосигналов
Команда инженеров из Колумбийского Университета создала нано -механическую систему с возможностью формирования радиосигналов FM. Другими словами, они построили то, что является фактически самым маленьким в мире FM радио передатчиком. Используя графен (один атомный слой углерода признанный за его прочность и превосходные электрические ..
2013-12-4 1426 0 Технология
0
Помпоны из графена приспособили для аккумуляторов будущих смартфонов
Ученые из южнокорейского университета изготовили самые необычные 3D-помпоны их графена (сростки тонких лепестков на подобии помпона или шарика из гофрированной бумаги), что должно позволить использовать это вещество в батареях. Графен является одним из лучших электропроводников в мире, однако его структурное строение не позволяет ..
2015-01-22 6312 0 Технология
-2
Смятый графен стал основой искусственных мышц
Физики научились контролировать образование складок на графене и использовали их для создания искусственных «мышц» - электромеханического двигателя. Работа опубликована в журнале Nature Materials, а ее краткое содержание приводит сайт университета Дьюка. Для управления образованием складок на одноатомном углероде ученые использовали ..
2013-01-29 1972 0 Технология
1
Разработан дешевый метод получения графена
Американские и корейские ученые разработали метод получения графена из сухого льда, который отличается очень низкой стоимостью.В настоящее время графен получил почетный статус синтетического материала века – совершенно плоские листы, состоящие из атомов углерода, ..
2012-05-12 5096 0 Технология
0
Графен решили использовать для опреснения воды
Инженеры из Массачусетского технологического института предложили использовать графен с порами контролируемого размера для опреснения воды. Работа опубликована в журнале Nano Letters, ее краткое содержание можно прочитать на сайте института. Физики моделировали проникновение ионов солей через графеновые поры ..
2012-07-3 2209 0 Технология
0
IBM усовершенствовала графеновую интегральную схему
Исследователи IBM объявили о создании интегральной схемы, состоящей из трех транзисторов на основе графена (см. фото сверху). Встроив ее в радиоприемник прямого усиления, они смогли без искажений отправить текстовое сообщение. Графен представляет собой лист атомов углерода толщиной в один атом и известен своей ..
2014-02-01 1735 0 Технология
1
Ученые готовы создать терагерцовый лазер
Графен считается универсальным материалом в такой науке, как материаловедение: его двумерная сотовидная решетка, состоящая из атомов углерода, прочнее стали и обладает чрезвычайно высокой подвижностью носителей заряда, кроме того, прозрачная, легкая и гибкая. Неудивительно, что для графена есть много приложений ..
2013-10-30 1865 0 Технология
0
Ученые: солнечные батареи смогут генерировать из дождя энергию
Китайские инженеры из Ocean University и Yunnan Normal University разработали инновационные солнечные панели, которые могут работать в любую погоду, генерируя электричество даже из капель дождя. Традиционные солнечные батареи способны функционировать только в ясную погоду. Всепогодные ..
2016-04-16 2302 0 Технология
0