Åldern för fossila bränslen måste sluta, av flera starka skäl. Som ett alternativ till fossila bränslen, väte verkar mycket attraktivt. Gasen har en enorm energitäthet, det kan lagras eller bearbetas ytterligare, e. g. till metan, eller direkt tillhandahålla ren el via en bränslecell. Om det produceras med enbart solljus, väte är helt förnybar med noll koldioxidutsläpp.

Konstgjorda blad

Liknar en process i naturlig fotosyntes, solljus kan också användas i "artificiella blad" för att dela vatten till syre och väte. Konstgjorda blad kombinerar fotoaktiva halvledande material och kan uppnå effektivitet över 15 %. Dock, dessa rekordeffektiviteter uppnåddes med dyra system, som också tenderar att sönderdelas i vattenlösningar. För framgångsrik kommersialisering måste kostnaderna sjunka och stabiliteten måste öka.

Bra kandidater med en nackdel

Komplexa metalloxid halvledare är bra kandidater för konstgjorda blad eftersom de är relativt billiga och stabila i vattenhaltiga lösningar. Forskare från HZB-Institute for Solar Fuels fokuserar sin forskning på dessa material. Tills nu, fotoelektroder baserade på metalloxider har visat måttlig effektivitet (endast <8 %). En anledning är deras dåliga laddningsbärar (elektron och/eller hål) rörlighet, vilket är upp till 100.000 gånger lägre än i klassiska halvledare som galliumarsenid eller kisel. "Vad som är värre är det faktum att laddningsbärare i metalloxider ofta har riktigt korta livslängder på nanosekunder eller till och med picosekunder. Många av dem försvinner innan de kan bidra till vattenklyvning", Dr Fatwa Abdi, expert på HZB-Institute for Solar Fuels påpekar.

Värmebehandling med väte

Ett alternativ för att övervinna denna begränsning är en värmebehandling under väteatmosfär i metalloxidlagren efter avsättning. Fatwa Abdi och hans kollegor har nu undersökt hur denna behandling påverkar livslängden, transportegenskaper och defekter i en av de mest lovande metalloxid -fotoelektroderna, vismutvanadat (BiVO4).

Livslängden för laddningsbärare fördubblades

Tidsupplösta konduktivitetsmätningar avslöjade att elektroner och hål lever mer än dubbelt så länge i huvuddelen av det vätebehandlade BiVO4 jämfört med det orörda BiVO4. Som ett resultat, den övergripande fotoströmmen under solljus förbättras till stor del. Ytterligare mätningar i Dresden och teoretiska beräkningar av KAUST-kollegor i Saudiarabien gav bevis på att närvaron av väte i metalloxiden minskar eller inaktiverar punktdefekter i huvuddelen av BiVO4. "Våra resultat visar att vätebehandling leder till färre fällor för laddningsbärare och mindre möjligheter att rekombinera eller gå vilse. Så fler laddningsbärare överlever längre och kan bidra till vattensplittring", Abdi förklarar.