Fotoelektrokemisk vandopdelingseffektivitet rammer 4,5%

Konvertering fra sol til brændstof tilbyder en lovende teknologi til at løse energiproblemer, alligevel kan enhedens ydeevne begrænses af uønsket sollysabsorbering. Forskere viser kobberthiocyanat kan hjælpe med hultransport i oxid-fotoelektroder og muliggøre en 4,55 procent sol-til-brint-effektivitet i tandem-enheder.

Fotoelektrokemisk (PEC) vandopdeling til brintbrændstofproduktion er blevet betragtet som elektrokemiens hellige gral. Men for at opnå det, mange forskere mener, at materialerne skal være rigelige og lave omkostninger.

De mest lovende oxid -fotokatoder er kobberoxid (Cu ₂ O) fotoelektroder. I 2018 og 2019, forskere ved EPFL opnåede mesterpræstationer med kobberoxid, rivaliserende fotovoltaiske (PV) halvlederbaserede fotokatoder.

Men der manglede stadig en brik i puslespillet. Selv state-of-the-art Cu ₂ O fotokatoder bruger stadig metalliske bagkontakter (kobber eller guld), muliggøre betydelig elektronhulrekombination. Andre ulemper inkluderer høje omkostninger, og at metalkontakten ikke tillader uabsorberet sollys at passere igennem.

Nu, forskere ved EPFL viser for første gang, at kobberthiocyanat (CuSCN) kan bruges som et gennemsigtigt og effektivt hultransportlag (HTL) til Cu ₂ O fotokatoder med generel forbedret ydeevne. Undersøgelsen blev ledet af professorer Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, og Kevin Sivula ved EPFL's Institute of Chemical Sciences and Engineering.

Detaljeret analyse af to typer CuSCN viste, at en defekt struktur kunne være gavnlig for hulleledning. I øvrigt, på grund af den tilfældige justering mellem valensbånd af CuSCN og Cu ₂ O, båndhale-staterne assisteret hultransport i CuSCN blev opdaget for at tillade ledning af glatte huller, mens den effektivt blokerer elektrontransport.

De optiske fordele ved CuSCN blev yderligere vist gennem en selvstændig PEC-PV-tandem, der leverede en sol-til-brint-effektivitet på 4,55 procent. Denne effektivitet (4,55 procent i 12 timer) er i øjeblikket den højeste blandt alle Cu ₂ O-baserede dobbeltabsorberende tandemer.

Undersøgelsen præsenterer et klart og imponerende fremskridt ud over den topmoderne Cu ₂ O fotokatoder, som kan bidrage og inspirere til fremtidig udvikling på området.

"Selvom der opnås toptal med oxidmaterialet i dette arbejde, vi mener, at højere værdier ikke er langt, "siger Pan Lingfeng, papirets første forfatter. "Mindst tre aspekter findes ikke at være optimale, men det er meget muligt at forbedre dem. Effektivitetsværdien kommer tættere og tættere på den, der tidligere blev antaget at være tærsklen for kommercialisering. "