Fotoelektrode, der kan høste 85 procent af synligt lys

Forskere har udviklet en fotoelektrode, der kan høste 85 procent af synligt lys i et 30 nanometer tyndt halvlederlag mellem guldlag, konvertering af lysenergi 11 gange mere effektivt end tidligere metoder.

I jagten på at realisere et bæredygtigt samfund, der er en stadig større efterspørgsel efter at udvikle revolutionære solceller eller kunstige fotosyntesesystemer, der udnytter synlig lysenergi fra solen, mens de bruger så få materialer som muligt.

Forskergruppen, ledet af professor Hiroaki Misawa fra Research Institute for Electronic Science ved Hokkaido University, har haft til formål at udvikle en fotoelektrode, der kan høste synligt lys over et bredt spektralområde ved hjælp af guldnanopartikler læsset på en halvleder. Men blot påføring af et lag guldnanopartikler førte ikke til en tilstrækkelig mængde lysabsorbering, fordi de tog lys ind med kun et snævert spektralområde.

I undersøgelsen offentliggjort i Naturnanoteknologi , forskergruppen sandwichede en halvleder, en 30-nanometer titandioxid tyndfilm, mellem en 100-nanometer guldfilm og guldnanopartikler for at forbedre lysabsorptionen. Når systemet bestråles af lys fra nanopartikelsiden i guld, guldfilmen fungerede som et spejl, fange lyset i et hulrum mellem to guldlag og hjælpe nanopartiklerne med at absorbere mere lys.

Til deres overraskelse, mere end 85 procent af alt synligt lys blev høstet af fotoelektroden, hvilket var langt mere effektivt end tidligere metoder. Guld nanopartikler er kendt for at udvise et fænomen kaldet lokaliseret plasmonresonans, som absorberer en bestemt bølgelængde af lys. "Vores fotoelektrode skabte med succes en ny tilstand, hvor plasmon og synligt lys fanget i titanoxidlaget stærkt interagerer, tillader lys med en bred vifte af bølgelængder at blive absorberet af guldnanopartikler, "siger Hiroaki Misawa.

Når guld nanopartikler absorberer lys, den ekstra energi udløser elektron excitation i guldet, som overfører elektroner til halvlederen. "Effekten af ​​konvertering af lysenergi er 11 gange højere end dem uden lysfangerfunktioner, "Forklarede Misawa. Den øgede effektivitet førte også til en forbedret vandspaltning:elektronerne reducerede brintioner til brint, mens de resterende elektronhuller oxiderede vand for at producere ilt - en lovende proces for at give ren energi.

"Ved hjælp af meget små mængder materiale, denne fotoelektrode muliggør en effektiv omdannelse af sollys til vedvarende energi, bidrager yderligere til virkeliggørelsen af ​​et bæredygtigt samfund, "konkluderede forskerne.