Fotoelektroda, która może zebrać 85 procent światła widzialnego

615. Antymateria - to dlatego Wszechświat się rozszerza? (Lipiec 2019).

Anonim

Naukowcy opracowali fotoelektrodę, która może zebrać 85 procent światła widzialnego w cienkiej warstwie półprzewodnika o grubości 30 nanometrów pomiędzy warstwami złota, zamieniając energię świetlną 11 razy wydajniej niż poprzednie metody.

Dążąc do realizacji zrównoważonego społeczeństwa, stale rośnie zapotrzebowanie na rozwój rewolucyjnych ogniw słonecznych lub sztucznych systemów fotosyntezy, które wykorzystują energię światła widzialnego ze słońca przy użyciu jak najmniejszej ilości materiałów.

Zespół badawczy, kierowany przez profesora Hiroaki Misawę z Instytutu Badań Elektronicznych na Uniwersytecie Hokkaido, dążył do opracowania fotoelektrody, która może zbierać światło widzialne w szerokim zakresie widmowym za pomocą nanocząsteczek złota ładowanych na półprzewodnik. Ale samo nałożenie warstwy nanocząsteczek złota nie doprowadziło do wystarczającej absorpcji światła, ponieważ światło przyjmowano tylko w wąskim zakresie spektralnym.

W badaniu opublikowanym w Nature Nanotechnology zespół badawczy wyłożył półprzewodnikową, 30-nanometrową cienką warstwę dwutlenku tytanu pomiędzy 100-nanometrową złotą warstewką a nanocząsteczkami złota w celu zwiększenia absorpcji światła. Kiedy system jest napromieniowywany światłem ze strony nanocząsteczki złota, złoty film działał jak lustro, chwytając światło we wnęce pomiędzy dwiema złotymi warstwami i pomagając nanocząsteczkom absorbować więcej światła.

Ku ich zaskoczeniu, ponad 85 procent wszystkich światła widzialnego zostało zebranych przez fotoelektrodę, co było znacznie wydajniejsze niż poprzednie metody. Wiadomo, że nanocząstki złota wykazują zjawisko zwane zlokalizowanym rezonansem plazmonowym, które pochłania pewną długość fali światła. "Nasza fotoelektroda z powodzeniem stworzyła nowy stan, w którym plazmon i światło widzialne uwięzione w warstwie tlenku tytanu silnie oddziałują, umożliwiając absorpcję światła o szerokim zakresie długości fal przez nanocząsteczki złota" - mówi Hiroaki Misawa.

Kiedy nanocząsteczki złota pochłaniają światło, dodatkowa energia wyzwala wzbudzenie elektronu w złocie, które przenosi elektrony do półprzewodnika. "Efektywność konwersji energii świetlnej jest 11 razy większa niż w przypadku funkcji bez pułapek" - wyjaśniła Misawa. Zwiększona wydajność doprowadziła również do lepszego rozszczepienia wody: elektrony zredukowały jony wodoru do wodoru, podczas gdy pozostałe otwory elektronowe utleniały wodę, tworząc tlen - obiecujący proces uzyskiwania czystej energii.

"Wykorzystując bardzo małe ilości materiału, ta fotoelektroda umożliwia wydajną zamianę światła słonecznego na energię odnawialną, przyczyniając się do realizacji zrównoważonego społeczeństwa" - podsumowują naukowcy.

menu
menu