a, Schematisk representation av elektrodstrukturen. b, Svepelektronmikrofotografi som visar en toppvy av elektroden efter ALD på 5×(4 nm ZnO/0,17 nm Al2O3)/11 nm TiO2 följt av elektroavsättning av Pt-nanopartiklar. Bild:Natur, DOI:10.1038/NMAT3017
Att omvandla solenergi till en användbar form är en verklig utmaning. En teknik är att använda halvledare för att lagra energin som väte. Tyvärr, de mest effektiva halvledarna är inte de mest stabila. Ett team från Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Schweiz) har just upptäckt att det är möjligt att skydda halvledaren med ett enhetligt lager bara några nanometer tjockt.
Denna upptäckt kommer att göra det möjligt att förbättra fotoelektrokemiska celler. På samma sätt som växter använder fotosyntes för att omvandla solljus till energi, dessa celler använder solljus för att driva kemiska reaktioner som i slutändan producerar väte från vatten. Processen involverar användning av ett ljuskänsligt halvledande material såsom koppar(II)oxid för att tillhandahålla den ström som behövs för att driva reaktionen. Även om det inte är dyrt, oxiden är instabil om den utsätts för ljus i vatten. Forskning av Adriana Paracchino och Elijah Thimsen, publicerad 8 maj, 2011 i tidningen Naturmaterial , visar att detta problem kan övervinnas genom att täcka halvledaren med en tunn film av atomer med hjälp av atomskiktsavsättningstekniken (ALD).
Under överinseende av professor Michael Grätzel vid EPFL:s Laboratory of Photonics and Interfaces, de två forskarna uppnådde denna anmärkningsvärda bedrift genom att kombinera tekniker som används i industriell skala, och sedan tillämpa dem på problemet med att producera väte. Med sin process, kopparoxid kan enkelt och effektivt skyddas från kontakt med vatten, gör det möjligt att använda den som en halvledare. Fördelarna är många:kopparoxid finns i överflöd och
billig; skyddsskiktet är helt ogenomträngligt, oavsett ytans grovhet; och processen kan lätt skalas upp för industriell tillverkning.
En lovande teknik
Forskargruppen utvecklade tekniken genom att "odla" lager av zinkoxid och titanoxid, ett atomtjockt lager i taget, på kopparoxidytan. Genom att använda ALD-tekniken, de kunde kontrollera tjockleken på det skyddande lagret ner till precisionen av en enda atom över hela ytan. Denna precisionsnivå garanterar halvledarens stabilitet samtidigt som den bevarar hela dess väteproducerande effektivitet. Nästa steg i forskningen blir att förbättra skyddsskiktets elektriska egenskaper.
Att använda allmänt tillgängliga material och tekniker som lätt kan skalas upp för den "gröna" fotoelektrokemiska produktionen av väte närmare den industriella
intressera.
