Снижение потребления привычных нам источников энергии и, соответственно, создание новых, альтернативных способов обеспечения планеты энергией — одна из самых актуальных тем, которые волнуют сегодня человечество. Это чрезвычайно важно не только с научной, но и с экономической точки зрения. И наконец, это позволило бы решить самые сложные вопросы экологии, что в конечном итоге, позволяет говорить о сохранении жизни на Земле.

«Преобразование солнечной и тепловой энергии в электрическую и химическую посредством солнечных и термоэлектрических батарей, а также фотокатализаторов — это экологически чистые процессы альтернативной энергетики, позволяющие снизить потребление невозобновляемых источников энергии (нефть, газ, уголь и т.д.), а в дальней перспективе — отказаться от них», — поясняет доктор технических наук, профессор кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета Игорь Пронин.

В настоящее время ученый работает над проектом, в рамках которого разрабатывает новые наноматериалы для использования в современных энергоэффективных технологиях и процессах. Проект выполняется молодежным коллективом, включающим кандидатов наук, аспирантов и студентов, в рамках научной школы «Иерархические наноматериалы для сенсорных и энергетических приложений».

Руководителем школы является доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой нано- и микроэлектроники Игорь Аверин. Исследования, о которых идет речь, являются крайне актуальными на сегодняшний день и регулярно поддерживаются различными научными фондами. В частности, Игорь Пронин в 2017–2019 гг. являлся руководителем двух проектов, поддержанных грантами Минобрнауки РФ и Российского фонда фундаментальных исследований.

«Проводимое исследование многогранно. Например, разработка фотокатализаторов — полупроводников, преобразующих солнечный свет в энергию органического топлива, а также открывающих возможность энергосберегающей очистки окружающей среды — позволяет повысить эффективность использования солнечной радиации. Однако имеющиеся на сегодняшний момент трудности не позволяют широко использовать эту группу материалов на практике. Например, большинство имеющихся на сегодняшний день фотокатализаторов способно преобразовывать в полезные виды энергии только ультрафиолетовое излучение, которое составляет лишь 4 % от излучения Солнца. Поэтому сейчас мы активно ищем возможности модификации фотокаталитических материалов с целью максимального перекрытия диапазона солнечного излучения и, соответственно, повышения эффективности его преобразования», — комментирует Пронин.

Еще одно научное направление, над которым работает коллектив ученых ПГУ — исследование термовольтаического эффекта в полупроводниках, который был обнаружен в начале 2000-х годов в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе в сульфиде самария. 

«Использование данного эффекта, сущность которого заключается в возникновении электрического напряжения на гранях образца при его однородном нагреве, может открыть путь к увеличению эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую и созданию термоэлектрических преобразователей с высоким коэффициентом полезного действия. Нашим научным коллективом совместно с коллегами из других научных организаций (Софийский университет «Св. Климент Охридский», СПбГЭТУ «ЛЭТИ») термовольтаический эффект впервые был обнаружен в оксиде цинка. На сегодняшний день это уже позволило создать нам газовые сенсоры нового типа (патент № 2613488). В дальнейшем мы планируем проводить как фундаментальные исследования этого феномена, так и разрабатывать реальные преобразователи тепла в электроэнергию», — рассказал исследователь.