Физики изготовили «новый черный» поглотитель света для солнечных элементов следующего поколения

отметили
34
человека
в архиве

Российские ученые создали новый материал на основе черного кремния, покрытого силицидом магния (Mg2Si). Он демонстрирует отличные антиотражающие и светопоглощающие свойства (до 96% падающего света) в широком спектральном диапазоне, что важно для создания солнечных элементов и инфракрасных фотодетекторов нового поколения с повышенной энергоэффективностью. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах высокорейтингового журнала Applied Surface Science.

В основе солнечной энергетики — «зеленой» альтернативы традиционной углеводородной — лежит использование солнечных элементов, которые преобразуют энергию падающих фотонов в электрический ток. Самый популярный материал для создания солнечных элементов — кремний, а особенно перспективна его так называемая черная форма. Последняя представляет собой кристалл с наноконусами на поверхности — такая структура способна хорошо поглощать свет и лишь незначительно его отражать, что и обусловливает ее цвет. Однако из-за особенностей энергетической структуры (диапазона возможных энергий электронов в материале) есть серьезные ограничения для поглощения ближнего инфракрасного излучения — значительной части солнечного света.

«Мы придумали, как преодолеть их, добавив покрытие из материала с меньшей, чем у кремния, шириной запрещенной зоны. Для этого пришлось, по сути, вырастить целый сад: путем испарения в вакууме мы нанесли на наноконусы черного кремния слой силицида магния, который, благодаря особенностям роста, формирует силицидную оболочку вокруг наноконусов и шестиугольные чешуйчатые «цветы» на его остриях. Подход простой, быстрый, масштабируемый и не требует применения высоких температур и сверхвысокого вакуума», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.

Сотрудники ИАПУ ДВО РАН (Владивосток) вместе с коллегами из Дальневосточного федерального университета (Владивосток), Института химии ДВО РАН (Владивосток) и Института физики полупроводников СО РАН (Новосибирск) изучили структуру и оптические свойства полученного наноструктурированного материала, который назвали черным силицидом. Предложенный метод нанесения слоя силицида магния не меняет исходную геометрию черного кремния, также давая возможность нарастить на нем кристаллы иной формы, придающие новые свойства, что и показали авторы.

В сравнении с исходным черным кремнием материал отражает примерно в пять раз меньше света (3,7%) и поглощает не менее 88% излучения в спектральном диапазоне 200–1800 нм, тем самым захватывая весь видимый свет, большую часть ультрафиолета и значительную часть инфракрасного, которые доходят до Земли от Солнца. После оптимизации подхода удалось достичь максимального значения для поглощения в 96%, что сравнимо с другими известными ультрачерными материалами.

«Наш черный силицид обладает конкурентными оптическими характеристиками по сравнению с аналогичными материалами, особенно с учетом всех преимуществ методики его изготовления. Также наши расчеты показали, что теоретически можно достичь очень высокой плотности электрического тока — это особенно важно при уменьшении толщины светопоглощающих частей фотоэлементов, к которой стремится весь мир. Мы продолжим эксперименты по оптимизации процесса изготовления нашего материала, в том числе на других структурированных кремниевых подложках и с другими силицидами», — подводит итог Александр Шевлягин.

Добавил precedent precedent 27 Июля 2022
Комментарии участников:
precedent
0
precedent, 27 Июля 2022 , url



Красноярск. Красноярские ученые предложилиновый экологичный способ переработки пластиковых отходов в углеводородное сырье для нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Он основывается на газифицированном «сжигании» полимера, после которого остается синтетический газ и незначительное количество з различных химических процессах производства углеводородов, топлива и смазочных материалов», — рассказал кандидат технических наук, ведущий инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, доцент СФУ Михаил Симунин.

При нагревании полимеры разрушаются до соединений с более короткой молекулярной цепью. Ученые воспользовались этим свойством и разложили полимеры низкотемпературным сжиганием в буроугольном газе, что привело к их переработке в углеводородное сырье. В итоге, как сообщает пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН», вместо «сожженного пластика» ученые получали различные виды углеводородов, которые перспективны для нефтехимических процессов. При пиролизе отходов образовывался как синтез-газ, состоящий преимущественно из углеводородов не длиннее пентана, так и газойлевый конденсат. Такой синтетический газ можно в дальнейшем использовать, в качестве топлива для производства электроэнергии или пара, а также для производства водорода, а конденсат может быть применён для обычных процессов в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, для изготовления первичных полимеров.

«Изначально перед нами стояла задача синтеза углеродных нанотрубок – перспективного наноматериала, из мусора. Нанотрубки мы, конечно, получили, но в виде побочного продукта получили и странный конденсат. Оказалось, что он сильно похож на нефтепродукт. При сжигании бурого угля методом обратного дутья, на фронте горения при высокой температуре он вступает в реакцию с газифицирующим агентом — воздухом, что приводит к получению синтез-газа, который содержит помимо обычных углекислого газа и воды, водород и метан. Если в такой газовой среде начать нагревать полимерные отходы из алифатических полимеров, например, полиэтилен, полипропилен, то при их пиролизе оборванные участки полимеров пассивируются компонентами синтез-газа, а не соединяются между собой, зацикливаясь и образуя опасные ароматические соединения. Получается, что при разогреве до 500 градусов Цельсия, молекулы перерабатываемых пластиковых отходов «разламываются» на более короткие алифатические соединения – алканы», — рассказал инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, сотрудник СибГУ им. М.В. Решетнева Дмитрий Чирков.

Результаты исследования опубликованы в журнале AIP Conference Proceedings.

Казань. В Казанском федеральном университете (КФУ) научились улавливать СО2 из промышленных выбросов с помощью микроводорослей. Вуз ведет работу в сфере «зеленых» технологий сразу по нескольким направлениям.

Прототип биотехнологической (с использованием зеленых микроводорослей) системы улавливания углекислого газа уже создан казанскими учеными. Выявлены виды микроводорослей, обладающие наибольшей эффективностью улавливания, а также продуцирующие наибольшее количество биомассы, белков и липидов. Также в КФУ создали инновационные 2D-наноматериалы, которые продемонстрировали электрокаталитическую активность в процессах расщепления воды и восстановления углекислого газа, указано на сайте программы «Приоритет 2030».

Совместно с МГУ им. М. В. Ломоносова создан лабораторный образец на кристалле LiYF4:Er, генерирующий лазерное излучение с перестройкой длины волны. По мнению экспертов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, реализация целевой модели будет способствовать созданию новых высокотехнологичных „зеленых“ бизнесов в области хранения углерода экосистемами.

 

KaperDonjon
0
KaperDonjon, 27 Июля 2022 , url

… Эх, не «к столу» будет упомянуто, но...

Результаты исследования опубликованы в журнале AIP Conference Proceedings.

 без этого, как мы знаем, денег не выделяют (по мнению выделяльщиков у нас ведь не наука, а фуфло, без подтверждения с запада). Получилось ли не обосрать Россию добиваясь этой публикации?



Войдите или станьте участником, чтобы комментировать