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:
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 1727 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 1743 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 1679 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 3986 0 Технология
1
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 2222 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 3313 0 Технология
0
Использование атомной энергии к 2030 году вырастет на 100%
Генеральный директор Международного агентства по атомной энергии Юкия Амано заявил, что при благоприятном стечении обстоятельств к 2030 году использование атомной энергии в мире вырастет в два раза. Юкия Амано побывал с официальным визитом в Москве, где встретился со студентами МГИМО, ознакомился с работой ..
2013-05-21 1367 0 Технология
0
Искусственный фотосинтез стал эффективным
На химфаке Королевского технического института в Швеции сумели создать искусственный механизм фотосинтеза, который по скорости химической реакции не уступает фотосинтезу растений. По словам самих исследователей, это открывает новые перспективы в альтернативной энергетике. Раньше многие пытались воспроизвести часть ..
2012-04-13 3837 0 Технология
0
Япония планирует перейти на ветровые электростанции
После аварии на АЭС, возникла проблема в нехватке мощности, которую теперь нужно было как — либо восполнять. Было принято решение развивать альтернативную энергетику. Власти Японии рассчитывают, что к середине этого лета успеют построить самую масштабную ветровую ..
2013-01-30 2443 0 Технология
0
Lockheed Martin сообщила о прорыве в термоядерной энергетике
Lockheed Martin сообщила о существенном технологическом прорыве, совершенном ее исследователями в разработке компактного и мощного источника термоядерной энергии, сообщается на сайте компании. Как ожидается, первые рабочие установки смогут начать функционировать уже через десять лет. Опытный образец реактора ..
2014-10-17 2172 0 Технология
0
Япония признала невозможность запустить АЭС с реактором на быстрых нейтронах
Правительство Японии приняло решение полностью вывести из эксплуатации АЭС «Мондзю» — единственную в стране атомную электростанцию с реактором на быстрых нейтронах. Об этом сообщает издание The Japan Times.Причиной ликвидации АЭС стала высокая стоимость ее модернизации, в 1,44 раза превосходящая расходы по ликвидации ..
2016-12-23 4106 0 Технология
0
Минобрнауки призывает переходить на солнечную энергию
Государство профинансирует создание установки, которая сможет работать на газе, торфе, угле, дровах, ветре и Солнце. Министерство образования и науки собирается финансировать разработку микро-ТЭЦ будущего — гибридной установки, которая сможет работать на газе, торфе, угле, дровах, ..
2012-02-5 1564 0 Технология
0
Великобритания делает ставку на водородный транспорт
Правительство Великобритании запустило новую межотраслевую программу UKH2Mobility, целью которой является переход к использованию топливных элементов на основе водорода вместо привычного топлива. По данным западных аналитиков, Великобритания стремится стать лидером в производстве транспортных средств на основе ..
2012-01-20 1766 0 Технология
0
Минэнерго США делает ставку на безуглеродные ядерные технологии
Министерство энергетики США планирует инвестировать $3,5 млн в новое поколение ядерных энергетических технологий. В настоящее время над созданием усовершенствованных ядерных реакторов работают General Atomics, GE Hitachi, Gen4 Energy и Westinghouse. Их целью является разработка более совершенных технологий, чем легководные ..
2013-08-14 1411 0 Технология
0
Фотоэлемент впервые объединили в одно устройство с перезаряжаемым аккумулятором
Американские ученые впервые «скрестили» солнечный фотоэлемент с перезаряжаемым аккумулятором. О гибридном устройстве сообщается в журнале Nature Communications и в пресс-релизе Университета штата Огайо. Изобретение решает давнюю проблему солнечной энергетики: потери электроэнергии, связанные с перемещением электронов от фотоэлемента к внешней ..
2014-10-06 1576 0 Технология
0