Lille titaniumbarriere stopper stort problem i brændstofproducerende solceller

Hvad hvis vi kunne gøre sollys og vand til brændstof? Det er tanken bag visse typer solceller. Kendt som farvestofsensibiliserede fotoelektrokemiske celler, disse enheder bruger energien i sollys til at opdele vand i brint og ilt. Selve brint kan bruges som brændstof, eller det kan bruges til at lave andre typer brændstoffer. Problemet? De betingelser, der er nødvendige for at splitte vand, har en tendens til at beskadige solcellen. Nu, forskere har designet en mere stabil farvesensitiveret fotoelektrokemisk celle.

Denne undersøgelse introducerer et nyt design til en mere stabil, mere effektiv vandopdelende solcelle. Ved udformningen af ​​designet, holdet gjorde opdagelser om en vigtig del af cellen. Specifikt, de har et bedre overblik over, hvad der sker, når det materiale, der høster elektroner fra sollys, møder det materiale, der deler vand for at producere brændstof. Opfølgningsarbejde baseret på dette og andre undersøgelser kan åbne døren for effektive og stabile enheder, der producerer brændstof fra sollys.

Grønne grønne planter omdanner let sollys til energitætte brændstoffer. Det gør konventionelle solceller ikke. Hvorfor ikke? En nøglereaktion, opdeling af vand i ilt og brint, forekommer kun under barske forhold, der skader cellens materialer. Specifikt, vandspaltning sker under stærkt oxiderende forhold (den samme type forhold, der får jern til at ruste). Forskere designede en farvesensitiveret solcelle, der kan modstå disse hårde forhold. Det udviser god strømtæthed og er mere stabil end sine forgængere. I det nye design, teamet belagde molekylkomponenterne i solid-state-cellen med et tyndt (2 nanometer) titandioxidlag.

I starten belægningen hæmmede cellens ydeevne en smule. For at opveje ydelsestabet, teamet koblede farvestoffet fra interface til fast løsning. Denne ændring tillader brug af farvestoffer, der absorberer mere lys (arbejder i det synlige område). Også, det lader forskere optimere pH til mere effektivt spaltet vand. Denne forskning er et vigtigt skridt fremad i solcelledrevet vandopdeling. Designet drager fordel af videnskab udviklet inden for Department of Energy's Solar Photochemistry -program og relaterede Energy Frontier Research Centers i løbet af de sidste to årtier.