Kredit:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Sol-till-bränsleomvandling erbjuder en lovande teknik för att lösa energiproblem, ändå kan enhetens prestanda begränsas av oönskad absorption av solljus. Forskare visar att koppartiocyanat kan hjälpa till med håltransport i fotoelektroder i oxid och möjliggöra 4,55 procent sol-till-väte-effektivitet i tandem-enheter.
Fotoelektrokemisk (PEC) vattenklyvning för generering av vätebränsle har ansetts vara elektrokemins heliga gral. Men för att uppnå det, många forskare tror att materialen måste vara rikliga och låga.
De mest lovande oxidkatoderna är kopparoxid (Cu 2 O) fotoelektroder. Under 2018 och 2019, forskare vid EPFL uppnådde mästarprestationer med kopparoxid, rivaliserande fotovoltaiska (PV) halvledarbaserade fotokatoder.
Men det saknades fortfarande en bit i pusslet. Även toppmodern Cu 2 O fotokatoder använder fortfarande metalliska ryggkontakter (koppar eller guld), vilket möjliggör betydande elektronhålskombination. Andra nackdelar inkluderar höga kostnader och att metallkontakten inte tillåter oabsorberat solljus att passera igenom.
Nu, forskare vid EPFL visar för första gången, att koppartiocyanat (CuSCN) kan användas som ett transparent och effektivt håltransportskikt (HTL) för Cu 2 O fotokatoder med övergripande förbättrad prestanda. Forskningen leddes av professorerna Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, och Kevin Sivula vid EPFL:s Institute of Chemical Sciences and Engineering.
Detaljerad analys av två typer av CuSCN visade att en defekt struktur kan vara fördelaktig för hålledning. Dessutom, på grund av den tillfälliga anpassningen mellan valensband av CuSCN och Cu 2 O, band-svansstaterna assisterade håltransport i CuSCN upptäcktes för att möjliggöra jämnhålsledning samtidigt som den effektivt blockerar elektrontransport.
De optiska fördelarna med CuSCN uppvisades vidare genom en fristående PEC-PV-tandem som levererade en sol-till-väte-effektivitet på 4,55 procent. Denna effektivitet (4,55 procent under 12 timmar) är för närvarande den högsta bland alla Cu 2 O-baserade dubbelabsorberande tandem.
Studien presenterar ett tydligt och imponerande framsteg bortom den toppmoderna Cu 2 O fotokatoder, som kan bidra och inspirera till framtida utveckling inom området.
"Även om toppmängder uppnås med oxidmaterialet i detta arbete, vi tror att högre värden inte är långt, " säger Pan Lingfeng, tidningens första författare. "Minst tre aspekter visar sig inte vara optimala, men att förbättra dem är mycket genomförbart. Effektivitetsvärdet kommer allt närmare det som man tidigare trodde var tröskeln för kommersialisering. "
