Raffinerede materialer giver et boosterskud til solenergikonvertering

Hvis du vil have mest muligt ud af solen, du skal forbedre ydeevnen af ​​de anvendte materialer.

Et tværfagligt team af ingeniører ved Illinois-forskere har sat sig for at forbedre de materialer, der gør solenergikonvertering/fotokatalyse mulig. Sammen, de har udviklet en ny form for højtydende solfotokatalysator baseret på kombinationen af ​​TiO2 (titaniumdioxid) og andre "metalliske" oxider, der i høj grad forbedrer absorptionen af ​​synligt lys og fremmer mere effektiv udnyttelse af solspektret til energianvendelser.

"Dette er en fundamentalt ny måde at gribe disse spørgsmål an på, " forklarede Lane Martin, der er adjunkt ved Institut for Materialevidenskab og Engineering i Illinois. "Vores forskningsgruppe inkorporerer aspekter af kondenseret stofs fysik, konstruktion af halvlederenheder, og fotokemi for at gøre ny ydeevne mulig. Fra disse materialer kan vi forestille os kulstofneutral energiproduktion af rent brændende brændstoffer, spildevandsrensning og -rensning, og meget mere.

"Som en opfølgning på vores tidligere arbejde, vi udvidede vores opdagelse af nye stærkt absorberende energimaterialer, " tilføjede Martin. "Det overordnede koncept er, at vi har udviklet en ny form for højtydende solcellefotokatalysator baseret på kombinationen af ​​TiO2 og 'metalliske' oxider." Gruppens papir "Forbedret fotoelektrokemisk aktivitet i alle-oxid heterojunction-enheder baseret på på korrelerede "metalliske" oxider, " vises i journalen, Avancerede materialer (bind 25, Nummer 43, side 6201-6206). Forskerne har også en patentansøgning til behandling af dette arbejde.

Ifølge Martin behandler forskningspapiret den mest presserende begrænsende faktor for disse materialer til anvendelser - deres dårlige lysabsorption.

"Dette papir dækker flere nye variationer, hvor vi integrerer kemisk kompatible korrelerede 'metalliske' oxider med modellen n-type, bredbåndsgab oxidhalvleder TiO2 til at producere højtydende fotokatalytiske heterojunctions. Disse kompositstrukturer fungerer efter princippet om varmbærerinjektion fra det 'metalliske' oxid ind i TiO2. "

Disse effekter er gjort mulige ved at udnytte den mangfoldige række af korreleret elektronfysik af almindelige metalliske oxidmaterialer, herunder n-type LaNiO3 (lanthannikkelat), SrRuO3 (strontiumruthenat), og SrVO3 (strontiumvanadat) og p-type La0.5Sr0.5CoO3 (lanthan strontium cobaltite) og La0.7Sr0.3MnO3 (lanthan strontium manganit). Disse materialer er blevet grundigt udforsket (individuelt) for deres nye elektroniske transport, magnetiske egenskaber, og andre eksotiske fysiske fænomener og anvendes i vid udstrækning som epitaksiale bundelektroder i ferroiske heterostrukturer.

Martin bemærkede, at et af de nye undersøgte materialer (La 0.5Sr0.5CoO3-baserede enheder) demonstrerede fotokatalytiske aktiviteter, der er 27-, 6,2-, og 3 gange større end for en enkeltlags TiO2-film, nanopowder Degussa P25 prøver, og den tidligere rapport om enheder baseret på SrRuO3, henholdsvis.