Photoelectrode, ki lahko spravi 85 odstotkov vidne svetlobe

Anonim

Znanstveniki so razvili fotoelektrodo, ki lahko nabere 85 odstotkov vidne svetlobe v tankem polprevodniškem sloju s tlaki 30 nanometrov med zlatimi plastmi in pretvori svetlobno energijo 11 krat bolj učinkovito kot prejšnje.

V prizadevanju za uresničitev trajnostne družbe se vedno večje potrebe po razvoju revolucionarnih sončnih celic ali umetnih fotosinteznih sistemov, ki izkoriščajo vidno svetlobno energijo od sonca, pri čemer uporabljajo čim manj materialov.

Raziskovalna ekipa, ki jo vodi profesor Hiroaki Misawa iz Raziskovalnega inštituta za elektronske znanosti Univerze Hokkaido, si je prizadevala razviti fotoelektrodo, ki lahko prideluje vidno svetlobo v širokem spektralnem območju z uporabo zlatih nanodelcev, polnjenih na polprevodnik. Le z nanosom zlate nanodelce zlata ni privedla do zadostne količine absorpcije svetlobe, ker so se pojavili le z ozkim spektralnim obsegom.

V študiji, objavljeni v Nature Nanotechnology, je raziskovalna skupina posnela polprevodnik, tankoplastni 30-nanometrski titanov dioksid, med 100 nanometrsko zlato in nanodelci zlata, da bi povečal absorpcijo svetlobe. Ko je sistem obsevan s svetlobo iz strani zlate nanodelce, je zlati film delal kot ogledalo, ki je ujela svetlobo v votlino med dvema zlatima plastema in pomagala, da nanodelci absorbirajo več svetlobe.

Na njihovo presenečenje je več kot 85 odstotkov vse vidne svetlobe pridelala fotoelektroda, ki je bila veliko učinkovitejša od prejšnjih metod. Znane so zlate nanodelce, ki kažejo pojav, ki se imenuje lokalizirana plazmonska resonanca, ki absorbira določeno valovno dolžino svetlobe. "Naš fotoelektrod je uspešno ustvaril novo stanje, v katerem plazmon in vidna svetloba, ujeta v sloju titanovega oksida, močno komunicirajo in omogočata svetlobo s širokim razponom valovnih dolžin, ki jih absorbirajo zlati nanodelci", pravi Hiroaki Misawa.

Ko zlati nanodelci absorbirajo svetlobo, dodatna energija sproži vzbujanje elektrona v zlatu, ki prenese elektrone v polprevodnik. "Učinkovita pretvorba energije v svetlobi je 11-krat večja od tistih brez funkcij lova s ​​pastmi svetlobe", je pojasnil Misawa. Povečana učinkovitost je pripeljala tudi do povečanega razcepljanja vode: elektroni so zmanjšali vodikove ione na vodik, medtem ko so preostale elektronske luknje oksidirale vodo, da bi proizvedli kisik, ki je obetaven proces, da bi dobili čisto energijo.

"Z uporabo zelo majhnih količin materiala ta fotoelektrod omogoča učinkovito pretvorbo sončne svetlobe v obnovljivo energijo, kar še dodatno prispeva k uresničevanju trajnostne družbe", so zaključili raziskovalci.

menu
menu