Квантовый удар по энергетике

Квантовый удар по энергетике

Прорыв в фотогальванике может повысить эффективность солнечных электростанций на 35%, причем стоимость солнечных панелей не возрастет. Эффективно конкурировать с традиционными электростанциями позволят полупроводники с квантовым точками.

Ведущий американский разработчик полупроводниковых солнечных фотоэлементов Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), финансируемая министерством энергетики США, совершила прорыв в фотогальванике, создав фотоэлектрическую ячейку с показателем квантовой эффективности, превышающим 100%: число электронов, протекающих через выходной контур такой ячейки, заметно превышает число входных фотонов определенной частоты, соответствующей высокоэнергетическому участку спектра солнечного света.

Показатель квантовой эффективности – ключевая характеристика фотоэлемента. В конечном итоге именно от него зависит КПД полупроводниковых устройств, преобразующих энергию солнечных фотонов в электрическую.

До настоящего момента никому не удавалось создать фотоячейку, квантовая эффективность которой в спектре солнечного излучения превышала бы 100%.

Исследовательской группе NREL, впервые преодолевшей стопроцентный порог и доведшей показатель квантовой эффективности до 114%, это удалось.

Сделан, таким образом, еще один важный шаг, приближающий создание промышленных фотоэлементов для солнечных электростанций следующего поколения, которые смогут составить серьезную рыночную конкуренцию электрогенераторам на ядерном и ископаемом топливе.

Результаты своих экспериментов группа изложила в статье под пространным названием «Пиковый показатель квантовой эффективности внешнего фототока превысил 100 процентов в фотопреобразователе на квантовых точках в процессе многоступенчатого генерирования экситонов (МГЭ)», опубликованной в сегодняшнем выпуске Science. Среди ее авторов значатся доктор Артур Нозик и Мэтью Берд, давно известные своим исследованиями эффекта МГЭ в полупроводниках с квантовыми точками.

Многоступенчатое генерирование экситонов, или МГЭ, – наблюдаемый в полупроводниках эффект, при котором один поглощенный фотон продуцирует более одной электрон-дырочной пары, или экситона. Экситон – мигрирующая по кристаллу полупроводника квазичастица – связанное состояние электрона и «дырки» (места, не заполненного электроном).

Еще в 2001 году Артур Нозик впервые предсказал, что МГЭ в квантовых точках полупроводника может протекать с большей эффективностью, чем в его основном теле.

Собственно квантовые точки представляют собой микроскопические (1–20 нм) кристаллики полупроводникового материала. В этих нанометровых точках поведение электрона начинает определяться квантовыми эффектами, которые могут существенно изменить электрические свойства полупроводникового элемента. Например, «попавшие в плен» квантовой точки электроны могут скачкообразно перескакивать с одного уровня энергии на другой (аналогично атомам), а каждый такой переход будет сопровождаться излучением фотона. Такие точки можно использовать как люминофоры, и первые прототипы дисплеев, получивших название QD-LED дисплеев, на их основе уже созданы.

В случае с фотоэлементами на полупроводниках с квантовыми точками вступает в действие другой эффект: было установлено, что при добавлении в полупроводник микрокристаллов соотношение между числом фотонов, поглощаемых смешанным полупроводником, и числом возникающих электрон-дырочных пар заметно увеличивается. Эффект МГЭ на квантовых точках открыт пока что чисто эмпирически, его объяснение с точки зрения квантовой теории пребывает пока что в стадии гипотез.

Как бы то ни было, внедряя в полупроводник квантовые точки, уже удалось достигнуть значительного увеличения энергоэффективности фотоэлементов. Как сообщает группа NREL, достигнуть показателя в 114% удалось с помощью многослойного фотопреобразователя на основе селенида свинца, «обработанного этанидитолом и гидразином».

Каков может быть эффект от промышленного применения этой технологии?

Тот же Артур Нозик, рассматривая в 2006 году «идеальное» решение на основе МГЭ в полупроводниках с квантовыми точками, пришел к выводу, что использование таких фотоэлементов может увеличить КПД солнечных электростанций, работающих на обычных полупроводниках, на 35% (КПД современных промышленных фотоэлементов, используемых в солнечных электростанциях, колеблется в районе 20%, в отдельных случаях достигая 40%).

Важно, что производство фотоэлементов, работающих на основе полупроводников с квантовыми точками, не будет сопряжено с необходимостью разрабатывать и внедрять принципиально новые технологии и материалы

(как уже продемонстрировали производители дисплеев), так что цена новых высокоэффективных солнечных панелей третьего поколения не ударит по карману потребителей.

Источник: pozitivchik.info

Похожие новости:
Установлен новый рекорд квантовых вычислений
Ученые из Австралии и Японии, используя новую физическую реализацию кубита, установили новый рекорд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. Специалисты создали особую физическую реализацию кубита — квантового обобщения классического бита. ..
2014-10-15 1264 0 Технология
0
В Дубае развернут проект по добыче солнечной энергии
Сегодня, во вторник, в Дубай состоялось торжественное открытие первой фазы солнечного энергетического парка, сообщает lolnews.ru. «Зеленый» энергетический парк назвали «Мохаммед бин Рашид Аль-Мактум парк». Он будет производить 1000 мегаватт. Стоимость строительства составит $3,3 млрд. Первый завод по производству солнечной энергии будет находиться в 30 км ..
2013-10-23 1342 0 Технология
0
К 2030 году солнечные панели станут самым дешевым ВИЭ в Европе
Через 15 лет солнечные панели станут наименее затратным возобновляемым источником энергии (ВИЭ) в Европе. К такому выводу пришли специалисты европейской компании KIC InnoEnergy, поддерживающей проекты в альтернативной энергетике, сообщает информационный ресурс GreenEvolution. Сотрудники KIC InnoEnergy подготовили серию отчетов, ..
2016-05-23 1335 0 Технология
0
Россияне высказались против отказа от атомных станций
Граждане России в основной своей массе не только не протестуют против использования атомных электростанций в стране, но, наоборот, все больше поддерживают развитие отечественной атомной энергетики. Что касается так называемого «фукусимского синдрома», возникшего после аварии на японской АЭС «Фукусима-1» весной 2011 ..
2012-03-6 1307 1 Технология
0
Калифорнийская компания сообщила об успехах в термоядерной энергетике
Компания Tri Alpha Energy из индустриального парка, расположенного к югу от Лос-Анджелеса (штат Калифорния, США) сообщила о своих успехах в термоядерной энергетике. Фирма построила машину, формирующую шар из газа, нагретого до температуры в десять миллионов градусов Цельсия, и удерживающую его в устойчивом состоянии в течение ..
2015-08-26 3560 0 Технология
1
Google позволила заглянуть в свою "квантовую лабораторию"
Google в мае объявила об открытии футуристической лаборатории Quantum Artificial Intelligence Lab (QAIL), которая должна была заняться изучением искусственного интеллекта с применением достижений квантовой физики. В проекте задействован квантовый компьютер, купленный у канадской компании D-Wave. Система, которая выполняет ..
2013-10-12 1134 0 Технология
0
Создан первый микроскоп на запутанных фотонах
Ученые из университетов Осаки и Хоккайдо разработали метод световой микроскопии, который использует запутанные фотоны для придания большей контрастности изображению. По словам физиков, точность нового метода на 30 процентов превышает стандартный квантовый предел четкости для обычных фотонов. Исследование ..
2014-02-11 1255 4 Технология
0
Квантовый компьютер: создан первый рабочий квантовый бит
Исследовательская группа под руководством австралийских инженеров создала первый рабочий квантовый бит на основе одного атома кремния, тем самым открывая путь к сверхмощным квантовым компьютерам, сообщает «SciencePlanet.ru». В своей статье, опубликованной 19-го сентября 2012-го года в журнале «Nature», ..
2012-09-23 1688 0 Технология
0
Физики создали квантовый микрофон
Учёные технического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology) продемонстрировали новый тип детектора для сверхслабого звука. Устройство назвали "квантовым микрофоном", так как оно настолько мало, что работает по законам квантовой физики. «Квантовый микрофон» основан на одноэлектронном транзисторе с пьезоэлектрической связью. Переключатель транзистора ..
2012-03-1 1595 0 Технология
0
Учёные собрали простейший квантовый компьютер
Мы уже неоднократно писали о попытках учёных приблизить создание принципиально новых квантовых компьютеров, в которых информация будет передаваться с помощью фотонов. И вот сразу четыре отдельные команды исследователей сделали ещё один небольшой шаг в этом направлении. Они представили простую и пока сильно ..
2012-12-27 1659 0 Технология
0
Квантовый эффект Зенона помог контролировать состояния кубитов
Группа американских ученых экспериментально показала, что с помощью квантового эффекта Зенона можно контролировать состояние трансмонных кубитов, медленно изменяя фазу оператора наблюдения. Статья опубликована в Physical Review Letters. Когда наблюдатель измеряет свойства квантовой системы, он неизбежно ..
2018-01-21 1812 0 Технология
0
Аннигиляцию частиц впервые наблюдали на квантовом компьютере
Физики из Австрии и Германии впервые использовали квантовый компьютер для симуляции взаимодействий элементарных частиц методами решетчатой калибровочной теории. Работа ученых позволяет в режиме реального времени проследить за рождением и уничтожением (аннигиляцией) пары частица-античастица в физическом вакууме. Исследование ..
2016-06-23 1273 0 Технология
0
Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».Как было описано 26-го апреля 2012-го ..
2012-04-27 1789 0 Технология
0
4 революционные технологии в энергетике
Мировая энергетика уже никогда не будет прежней: все изменила сланцевая революция. В этом уверены аналитики Goldman Sachs. Они выбрали наиболее привлекательные для инвестиций тренды в энергетике, и сланец расположился на почетном первом месте. Предлагаем вашему вниманию список: 1. Сланцевая революция Мир ..
2014-04-11 1720 0 Технология
0
Минерал перовскит произведёт революцию в солнечной энергетике
Отказ от кремния в пользу перовскита позволит снизить в разы стоимость производства электроэнергии при помощи солнечных батарей. И хотя новые фотоэлементы будут обладать меньшим КПД, это новация сделает солнечную энергетику более доступной ― уверены ведущие специалисты ..
2013-08-22 2722 0 Технология
0