Görünür ışığın yüzde 85'ini hasat eden fotoelektrot

Anonim

Bilim adamları, altın tabakalar arasında 30 nanometre-ince yarı iletken katmandaki görünür ışığın yüzde 85'ini toplayabilen bir fotoelektrot geliştirdi ve ışık enerjisini önceki yöntemlere göre 11 kat daha verimli hale getirdi.

Sürdürülebilir bir toplumu gerçekleştirme arayışında, güneş ışığından görülebilir ışık enerjisini kullanan ve mümkün olduğunca az malzeme kullanırken, devrimsel güneş pilleri veya yapay fotosentez sistemleri geliştirmek için sürekli artan bir talep vardır.

Hokkaido Üniversitesi Elektronik Bilimi Araştırma Enstitüsü'nden Profesör Hiroaki Misawa liderliğindeki araştırma ekibi, bir yarı iletken üzerine yüklenen altın nanopartikülleri kullanarak geniş bir spektral aralıkta görünür ışığı toplayabilen bir fotoelektrot geliştirmeyi hedefliyor. Ancak sadece bir altın nanopartikül tabakasının uygulanması yeterli miktarda ışık emilimine yol açmadı, çünkü onlar sadece dar bir spektral aralıkla ışık aldılar.

Nature Nanotechnology'de yayınlanan çalışmada, araştırma ekibi, ışık emilimini arttırmak için bir 100 nanometre altın filmi ve altın nanopartiküller arasında 30 nanometre titanyum dioksit ince film bir yarıiletken sandviçin. Sistem altın nanoparçacık taraftan gelen ışıkla ışınlandığında, altın film iki altın katman arasında bir boşlukta ışığı yakalayarak ve nanopartiküllerin daha fazla ışığı emmesine yardımcı olarak ayna olarak çalıştı.

Sürprizlerine göre, tüm görünür ışığın yüzde 85'inden fazlası, önceki yöntemlerden çok daha verimli olan fotoelektrot tarafından toplandı. Altın nanopartiküllerin, belirli bir dalga boyunu absorbe eden lokalize plasmon rezonansı olarak adlandırılan bir fenomen sergiledikleri bilinmektedir. Hiroaki Misawa, "Fotoelektromumuz, titanyum oksit tabakasında sıkışıp kalan görünür ışık ile altın nanoparçacıkların absorbe ettiği geniş bir dalga boyuna sahip ışığın girmesini sağlayan yeni bir durumu başarıyla yarattı" diyor.

Altın nanopartikülleri ışığı emdiğinde, ek enerji, elektronları yarı iletkene transfer eden elektron uyarımını tetikler. Misawa, "Işık enerjisi dönüşüm verimi, ışık yakalama işlevleri olmayanlardan 11 kat daha yüksek." Artırılmış verim ayrıca geliştirilmiş bir su ayrışmasına neden oldu: elektronlar hidrojen iyonlarını hidrojene indirirken, kalan elektron delikleri suyu oksijeni üretmek için okside etti - temiz enerji elde etmek için ümit verici bir süreç.

Araştırmacılar, "Çok az miktarda malzeme kullanarak bu fotoelektrot, güneş ışığının yenilenebilir enerjiye verimli bir şekilde dönüşmesini sağlayarak, sürdürülebilir bir toplumun gerçekleştirilmesine katkıda bulunuyor."

menu
menu