Solljus är en outtömlig energikälla, och att använda solljus för att generera elektricitet är en av hörnstenarna i förnybar energi. Mer än 40 % av solljuset som faller på jorden finns i de infraröda, synliga och ultravioletta spektra; Men nuvarande solteknik använder främst synliga och ultravioletta strålar. Tekniken för att utnyttja hela spektrumet av solstrålning – så kallad all-solar use – är fortfarande i sin linda.

Ett team av forskare från Hokkaido University, ledda av biträdande professor Melbert Jeem och professor Seiichi Watanabe vid tekniska fakulteten, har syntetiserat volframsyrabaserade material dopade med koppar som uppvisade solenergianvändning. Deras resultat publiceras i tidskriften Advanced Materials .

"För närvarande används inte de nära- och mellaninfraröda spektra av solstrålning, som sträcker sig från 800 nm till 2500 nm, för energigenerering", förklarar Jeem. "Volframsyra är en kandidat för att utveckla nanomaterial som potentiellt kan utnyttja detta spektrum, eftersom det har en kristallstruktur med defekter som absorberar dessa våglängder."

Teamet använde en fototillverkningsteknik som de tidigare hade utvecklat, nedsänkt fotosyntes av kristalliter, för att syntetisera nanokristaller av volframsyra dopade med olika koncentrationer av koppar. Dessa nanokristallers strukturer och ljusabsorberande egenskaper analyserades; deras fototermiska, fotoassisterade vattenavdunstning och fotoelektrokemiska egenskaper mättes.

De koppardopade nanokristallerna av volframoxid absorberar ljus över hela spektrat, från ultraviolett genom synligt ljus till infrarött; mängden absorberat infrarött ljus var störst vid 1 % koppardopning. 1 % och 5 % koppardopade nanokristaller uppvisade den högsta temperaturhöjningen (fototermisk egenskap); 1 % koppardopade kristaller uppvisade också den största effektiviteten vid vattenavdunstning, cirka 1,0 kg per m ² per timme. Strukturell analys av de 1 % koppardopade nanokristallerna visade att kopparjonerna kan förvränga kristallstrukturen hos volframoxid, vilket leder till de observerade egenskaperna när ljus absorberas.

"Våra upptäckter markerar ett betydande framsteg i utvecklingen av nanokristalliter som kan både syntetisera och utnyttja all-solenergi", avslutar Watanabe. "Vi har visat att koppardopning ger volframsyrananokristaller en mängd olika egenskaper via helt solenergi. Detta ger en ram för vidare forskning inom området såväl som för utveckling av applikationer."

Mer information: Melbert Jeem et al, Defektdrivna optokritiska faser avstämda för all-solar användning, Avancerat material (2023). DOI:10.1002/adma.202305494

Journalinformation: Avancerat material

Tillhandahålls av Hokkaido University