После шести лет разработки электромобиль голландского технологического стартапа на солнечной энергии под названием «0» готов к дебюту. Этот инновационный автомобиль может месяцами работать без подзарядки, устанавливая новый стандарт эффективности электротранспорта. 

Исследователи из Университета Лихай разработали новый квантовый материал это может существенно изменить эффективность солнечных батарей. Этот инновационный материал, сочетающий в себе медь, селенид германия (GeSe) и сульфид олова (SnS), продемонстрировал внешний квантовый выход (EQE) до 190%. Это число превышает традиционные пределы эффективности, что предполагает прорыв, который может изменить сбор солнечной энергии.

Понимание прорыва в эффективности

Солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество, и их эффективность измеряется EQE, который традиционно достигает 100%. Эта 100% эффективность означает, что каждый фотон света генерирует один электрон электричества. Однако новый материал, разработанный в Лихае, использует механизм, известный как генерация множественных экситонов (МЭГ), при котором фотоны высокой энергии могут производить более одного электрона, тем самым выходя за пределы 100%-ного барьера.

Что отличает этот материал, так это использование «промежуточных зонных состояний» — определенных уровней энергии внутри материала, которые повышают его способность преобразовывать солнечную энергию. Эти энергетические уровни идеально подходят для использования фотонов, которые обычные солнечные элементы тратят впустую. Материал задействует более широкий диапазон солнечного спектра, поглощая дополнительный свет в инфракрасном и видимом спектрах, тем самым увеличивая выработку электроэнергии.

Наука, лежащая в основе инноваций

 
Схема тонкопленочного солнечного элемента с CuxGeSe/SnS в качестве активного слоя. Фото: Лаборатория Экума / Университет Лихай.

Впечатляющие характеристики материала основаны на точных структурных манипуляциях на молекулярном уровне. Вставив атомы меди в слои GeSe и SnS, исследователи создали прочно связанную двумерную структуру, которая обеспечивает уникальные взаимодействия фотонов с материалом. Эти взаимодействия происходят внутри ван-дер-ваальсовых зазоров — крошечных промежутков между слоями материала, где находятся атомы меди.

С помощью обширного компьютерного моделирования и экспериментальных методов команда отточила технику, которая позволяет точно размещать атомы меди, сводя к минимуму нежелательные эффекты, такие как кластеризация, которая может поставить под угрозу характеристики материала.

Взгляд в будущее: вызовы и возможности

Разработка исследователями из Университета Лихай нового квантового материала с квантовой эффективностью до 190% может значительно продвинуть транспорт на солнечной энергии, включая автомобили, грузовики и автобусы.

Этот революционный материал, способный эффективно улавливать широкий спектр солнечного света, устраняет текущие ограничения транспортных средств на солнечной энергии, обеспечивая достаточно энергии для более тяжелых и дальних путешествий без зависимости от ископаемого топлива.

Интеграция этих высокоэффективных солнечных элементов в конструкции транспортных средств дает возможность значительно сократить выбросы углекислого газа, особенно в транспортных средствах большой мощности, таких как автобусы и грузовики, где затраты на топливо и воздействие на окружающую среду являются серьезными проблемами.

Поскольку эти передовые солнечные элементы дорабатываются для практического использования, они могут изменить экономическую и экологическую динамику во всем мире. Сокращение эксплуатационных затрат на транспортные средства и выбросов углекислого газа может привести к существенной финансовой экономии и улучшению здоровья населения за счет более чистого воздуха.

Более того, переход на автомобили на солнечных батареях уменьшит глобальную зависимость от нефти, повысит геополитическую стабильность и будет способствовать созданию рабочих мест в секторах возобновляемых источников энергии. Этот сдвиг представляет собой решающий шаг на пути к устойчивому глобальному транспорту, согласующемуся с более широкими экологическими целями и прокладывающему путь к более чистому и устойчивому будущему.

Хотя результаты являются многообещающими, предстоит еще пройти путь к коммерциализации этого материала. Интеграция этого нового квантового материала в существующие системы солнечной энергии требует дальнейших исследований и разработок. Несмотря на то, что производственный процесс является продвинутым, его необходимо масштабировать для практического применения в солнечной энергетике.

Потенциальные преимущества этой технологии огромны. Значительно повысив эффективность солнечных элементов, мы можем добиться успехов в направлении более устойчивых энергетических решений, уменьшая нашу зависимость от ископаемого топлива и уменьшая воздействие производства энергии на окружающую среду.

Работа профессора Чинеду Экумы и его команды в Университете Лихай представляет собой значительный шаг вперед в области фотоэлектрической энергии. Их развитие бросает вызов существующим ограничениям и открывает новые возможности для будущего возобновляемой энергетики. По мере развития этой технологии она может привести к созданию более доступных и эффективных систем солнечной энергии, что сделает солнечную энергию более доступной во всем мире и поможет удовлетворить глобальные энергетические потребности.

Об авторе

Роберт Дженнингс является соиздателем InnerSelf.com со своей женой Мари Т. Рассел. Он учился в Университете Флориды, Южном техническом институте и Университете Центральной Флориды, изучая недвижимость, городское развитие, финансы, архитектурное проектирование и начальное образование. Он был членом Корпуса морской пехоты США и армии США, командовал батареей полевой артиллерии в Германии. Он работал в сфере финансирования недвижимости, строительства и девелопмента в течение 25 лет, прежде чем в 1996 году основал InnerSelf.com.

InnerSelf посвящен обмену информацией, которая позволяет людям делать осознанный и проницательный выбор в своей личной жизни, на благо общества и на благо планеты. Журнал InnerSelf выходит уже более 30 лет в печатном виде (1984–1995) или в Интернете как InnerSelf.com. Пожалуйста, поддержите нашу работу.

 Creative Commons 4.0

Эта статья лицензирована в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. Атрибут автора Роберт Дженнингс, InnerSelf.com. Ссылка на статью Эта статья первоначально появилась на InnerSelf.com