Ett forskarlag från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) och Kanazawa University har utvecklat en miljövänlig enhet som använder solenergi för att katalysera en elektrokemisk oxidationsreaktion med hög effektivitet.

Gröna energikällor utgör ett hett forskningsfält globalt på grund av den nuvarande miljökrisen och nödvändigheten att undvika icke-förnybar energi (fossila bränslen). Forskare har letat efter sätt att utnyttja och skörda solenergi i decennier, och solceller, som omvandlar ljus till elektricitet, är mycket efterfrågade.

Studiet av dessa enheter har gått framåt sedan 1970-talet, efter de ekonomiska chocker som oljepriserna orsakade. Medan de flesta framstegen gjordes för kiselbaserade solceller, Forskare har visat att organiska solceller också kan uppnå acceptabel prestanda. Att använda organiska material är fördelaktigt eftersom de är tryckbara och målbara som miljövänliga processer, till skillnad från kiselprocesser. Organiska material finns också i stor variation, gör det möjligt att skräddarsy dem för varje specifik tillämpning.

Organiska fotovoltaiska solceller består av ett "aktivt skikt" inklämt mellan två olika elektroder (en genomskinlig främre elektrod och en bakre elektrod). Det aktiva lagret är där magin börjar; energin från fotonerna i det infallande ljuset överförs till materialets elektroner genom kollisioner, spännande dem och sätter igång dem, lämnar efter sig positivt laddade pseudopartiklar som kallas "hål". Dessa existerar inte tekniskt, men kan användas för att ungefärligt beskriva materialets elektriska beteende. Elektrodernas betydelse ligger i att var och en måste samla en typ av dessa laddade partiklar (man samlar hål, och de andra elektronerna) för att hindra dem från att rekombinera i det aktiva lagret. Elektronerna strömmar genom en extern krets som är ansluten till båda elektroderna, skapa elektricitet från ljus.

Dock, det är utmanande att samla in stora mängder elektroner och hål vid elektroderna och omvandla ljus till elektricitet med hög effektivitet. Vissa forskare har föreslagit att direkt använda de genererade hålen eller elektronerna i kemiska reaktioner nära det aktiva lagret. Så motiverad, ett forskarlag inklusive Dr. Keiji Nagai från Tokyo Tech och Kanazawa University föreslog en enkel tillverkningsprocedur för en organisk fotoelektrokemisk enhet som kan skörda solenergi för att främja en kemisk oxidationsreaktion.

Deras tillvägagångssätt börjar med en konventionell organisk solcellsanordning, som lätt kan tillverkas och vars egenskaper är välkända, och mekaniskt avlägsnande av den bakre elektroden där hålen samlas. Det exponerade aktiva lagret är belagt med ZnPc och nedsänkt i tiol, som visas i fig. 1. Hålen som genereras av det infallande ljuset används direkt för tioloxidation, som katalyseras (underlättas) av ZnPc-skiktet. De exciterade elektronerna strömmar ut genom den återstående främre elektroden, genererar en elektrisk ström.

Enkelheten och fördelarna med tillverkningsmetoden och den uppmätta effektiviteten vid skörd av ljusenergi är mycket lovande. "Att avlägsna den bakre elektroden är en lovande och repeterbar teknik för att konstruera en välkarakteriserad fotoelektrokemisk cell, " förklarar Dr. Nagai. Forskarna studerade också de topografiska och elektrokemiska egenskaperna hos det aktiva skiktet belagt med ZnPc för att klargöra principerna för dess katalytiska aktivitet. "Effekterna av ZnPc-beläggningen observerades tydligt i våra analyser och består av den effektiva ackumuleringen av fotogenererade hål, " säger Dr. Takahashi från Kanazawa University. Miljövänliga enheter som den föreslagna ger fler sätt att skörda energi från solen och för oss närmare en grönare framtid.