Fotoelektrood, mis võib korjata 85% nähtavast valgust

Anonim

Teadlased on välja töötanud fotoelektroodi, mis võib kuldkilpete vahel kokku hoida 85-protsendilist nähtavast valgust 30 nanomeetri õhuke pooljuhtkiht, muutes valguse energiat 11 korda efektiivsemalt kui eelmised meetodid.

Jätkusuutliku ühiskonna elluviimise nimel on üha suurenev nõudmine välja töötada revolutsioonilisi päikeseelemente või kunstlikke fotosünteesisüsteeme, mis kasutavad päikese käes nähtavat valguse energiat, kasutades võimalikult vähe materjale.

Hokkaido ülikooli elektroonikainstituudi uurimisinstituudi professor Hiroaki Misawa juhitud uurimisrühm on püüdnud töötada välja fotoelektrood, mis suudab korjata nähtavat valgust laias spektraalvahemikus, kasutades pooljuhtkandjal kullatud nanopartikleid. Kuid lihtsalt kuldkanalite nn osakeste rakendamine ei viinud piisavas koguses valguse neeldumist, sest nad võtsid valguse ainult kitsas spektraalvahemikus.

Looduses Nanotehnoloogia avaldatud uuringus võeti uurimisrühmas 30-nanomeetrilise titaandioksiidi õhukese polümeeriga pooljuht, mis hõlmasid 100-nanomeetrilist kuldkilet ja kuldkolonni, et suurendada valguse neeldumist. Kui kulda nanopartikli poolest valgust kiirgab süsteem, siis kullafilter töötas peegelina, lüües valgust kahes kullakivistes õõnsuses ja aidates nanoosakestel imeda rohkem valgust.

Üllatusena kogus fotoelektrood rohkem kui 85 protsenti kogu nähtavast valgust, mis oli varasemate meetoditega palju efektiivsem. On teada, et kuldnanoosakestel on fenomen, mida nimetatakse lokaliseeritud plasmonresonantsiks ja mis absorbeerib teatud lainepikkust valgust. "Meie fotoelektrood lõid edukalt uue tingimuse, kus titaanoksiidi kihis lõksus olev plasmon ja nähtav valguse tase mõjutavad, võimaldades kulda laia lainepikkusega, mida absorbeerivad kuldsed nanoosakesed, " räägib Hiroaki Misawa.

Kui kuldne nanoosakesed absorbeerivad valgust, tekib täiendav energia kulda elektronide ergastamisel, mis suunab elektronid pooljuhile. "Valgusenergia muundamise efektiivsus on 11 korda kõrgem kui neil, kellel ei ole valgusefekte, " selgitas Misawa. Kasvustatud efektiivsus viis ka täiustatud vee jagunemiseni: elektronid vähendasid vesinikuahelaid vesiniku jaoks, ülejäänud elektronide augud oksüdeerisid vett, et saada hapnikku - paljutõotav protsess puhta energia saamiseks.

"Väga väikese koguse materjali kasutamine võimaldab see fotoelektrood päikesevalguse tõhusaks muutmiseks taastuvenergiaks, mis aitab veelgi kaasa jätkusuutliku ühiskonna elluviimisele, " jõudsid uurijad järeldusele.

menu
menu