Fotoelektrode som kan høste 85 prosent av synlig lys

Anonim

Forskere har utviklet en fotoelektrode som kan høste 85 prosent av synlig lys i et 30 nanometer tynt halvlederlag mellom gulllag, konvertering av lysenergi 11 ganger mer effektivt enn tidligere metoder.

I jakten på å realisere et bærekraftig samfunn er det en stadig økende etterspørsel å utvikle revolusjonerende solceller eller kunstige fotosyntesesystemer som benytter synlig lysenergi fra solen mens man bruker så lite materiale som mulig.

Forskningsgruppen, ledet av professor Hiroaki Misawa fra Forskningsinstituttet for elektronisk vitenskap ved Hokkaido Universitet, har sikret seg å utvikle en fotoelektrode som kan høste synlig lys over et bredt spektralområde ved å bruke gull nanopartikler på en halvleder. Men bare å bruke et lag av gull nanopartikler, førte ikke til tilstrekkelig mengde lysabsorpsjon, fordi de tok inn lys med bare et smalt spektralområde.

I studien som ble publisert i Nature Nanotechnology, lagde forskergruppen en halvleder, en 30-nanometer titandioksid tynnfilm, mellom en 100 nanometer gullfilm og gull nanopartikler for å forbedre lysabsorpsjonen. Når systemet er bestrålet av lys fra gull nanopartikkelsiden, fungerte gullfilmen som et speil, fanger lyset i et hulrom mellom to gulllag og hjelper nanopartikler til å absorbere mer lys.

Til deres overraskelse ble over 85 prosent av alt synlig lys høstet av fotoelektroden, som var langt mer effektivt enn tidligere metoder. Gull nanopartikler er kjent for å vise et fenomen som kalles lokalisert plasmonresonans som absorberer en bestemt bølgelengde av lys. "Vår fotoelektrode har vellykket opprettet en ny tilstand der plasmon og synlig lys fanget i titanoksydlaget sterkt samhandler, noe som gir lys med et bredt spekter av bølgelengder som skal absorberes av gull nanopartikler, " sier Hiroaki Misawa.

Når gull nanopartikler absorberer lys, utløser den ekstra energien elektronuttrykk i gullet, som overfører elektroner til halvlederen. "Effektiviseringen av lysenergikonvertering er 11 ganger høyere enn de som ikke har lysoppfangningsfunksjoner, " forklarer Misawa. Den økte effektiviteten førte også til en økt vannfordeling: elektronene reduserte hydrogenioner til hydrogen, mens de gjenværende elektronhullene oksyderte vann for å produsere oksygen - en lovende prosess for å gi ren energi.

"Ved hjelp av svært små mengder materiale, gjør denne fotoelektroden en effektiv omdanning av sollys til fornybar energi, og bidrar videre til realiseringen av et bærekraftig samfunn, " konkluderte forskerne.

menu
menu