Inkapsling av de molekylära komponenterna i en solcell som är känslig för färgämnen i fast tillstånd av en tunn tunnelbarriär förbättrar dramatiskt cellstabiliteten under vattenuppdelningsförhållanden (H2O till O2). Kredit:US Department of Energy
Tänk om vi kunde förvandla solljus och vatten till bränsle? Det är tanken bakom vissa typer av solceller. Kända som färgämnessensibiliserade fotoelektrokemiska celler, dessa enheter använder energin som finns i solljus för att dela vatten i väte och syre. Vätgas i sig kan användas som bränsle, eller det kan användas för att tillverka andra typer av bränslen. Problemet? De förhållanden som krävs för att klyva vatten tenderar att skada solcellen. Nu, forskare har designat en mer stabil färgämnessensibiliserad fotoelektrokemisk cell.
Denna studie introducerar en ny design för en mer stabil, effektivare vattendelande solcell. När du skapar designen, teamet gjorde upptäckter om en viktig del av cellen. Specifikt, de har bättre koll på vad som händer när materialet som skördar elektroner från solljus möter materialet som delar vatten för att producera bränsle. Efterarbete baserat på denna och andra studier skulle kunna öppna dörren till effektiva och stabila anordningar som gör bränsle från solljus.
Gröna bladväxter omvandlar lätt solljus till energitäta bränslen. Konventionella solceller gör det inte. Varför inte? En nyckelreaktion, dela vatten i syre och väte, sker endast under svåra förhållanden som skadar cellens material. Specifikt, vattenspjälkning sker under starkt oxiderande förhållanden (samma typ av förhållanden som gör att järn rostar). Forskare designade en färgsensibiliserad solcell som tål dessa tuffa förhållanden. Den uppvisar god strömtäthet och är mer stabil än sina föregångare. I den nya designen, teamet täckte de molekylära komponenterna i fasta tillståndscellen med ett tunt (2 nanometer) titandioxidskikt.
I början, beläggningen hämmade cellens prestanda lite. För att kompensera prestationsförlusten, teamet kopplade bort färgen från gränssnittet med fast lösning. Denna förändring tillåter användning av färgämnen som absorberar mer ljus (fungerar i det synliga området). Också, det låter forskare optimera pH för att dela vatten mer effektivt. Denna forskning är ett viktigt steg framåt i soldriven vattenklyvning. Designen drar fördel av vetenskap som utvecklats inom Department of Energys program för solfotokemi och relaterade Energy Frontier Research Centers under de senaste två decennierna.
