Kuvaelektrodi, joka pystyy keräämään 85 prosenttia näkyvästä valosta

Anonim

Tutkijat ovat kehittäneet valokennoja, jotka voivat kerätä 85 prosenttia näkyvästä valosta 30 nanometrin ohut puolijohdekerroksessa kultakerrosten välillä, muuntamalla valoenergia 11 kertaa tehokkaammin kuin aiemmat menetelmät.

Kestävän yhteiskunnan toteuttamisessa on yhä kasvava tarve kehittää vallankumouksellisia aurinkokennoja tai keinotekoisia fotosynteesijärjestelmiä, jotka hyödyntävät näkyvää valoa energiaa auringosta käyttämällä mahdollisimman vähän materiaaleja.

Tutkimusryhmä, jota johtaa professori Hiroaki Misawa Elektroniikan tiedekunnan tutkimusinstituutista Hokkaidon yliopistossa, on pyrkinyt kehittämään valosähköä, joka pystyy keräämään näkyvää valoa laajalla spektrialueella käyttäen puolijohdein ladattuja kullan nanopartikkeleita. Mutta vain kullan nanopartikkeleiden kerroksen soveltaminen ei johtanut riittävästi valon absorptioon, koska ne otettiin valoon vain kapealla spektrialueella.

Nature Nanotechnology'ssa julkaistussa tutkimuksessa tutkimusryhmä keräsi puolijohdetietokentän, 30 nanometrin titaanidioksidia ohutkalvon, 100 nanometrin kultaisen kalvon ja kullan nanopartikkeleiden välillä valon absorption parantamiseksi. Kun järjestelmää säteilytetään kullan nanopartikkelipuolella olevasta valosta, kultakalvo toimi peilinä ja nappasi valon kulhoon kahden kultakerroksen välillä ja auttoi nanohiukkasia absorboimaan enemmän valoa.

Yllättävyyttään yli 85 prosenttia kaikista näkyvästä valosta kerättiin valokennoilla, joka oli huomattavasti tehokkaampaa kuin aikaisemmat menetelmät. Kullan nanopartikkeleilla tiedetään esiintyvän ilmiötä, jota kutsutaan paikalliseksi plasmoniresonanssiksi, joka absorboi tietyn valon aallonpituutta. "Valokuvamenetelmällä syntyi onnistuneesti uusi tila, jossa titaanidioksidikerroksessa läsnä oleva plasmoni ja näkyvä valo ovat voimakkaasti vuorovaikutuksessa, jolloin kullan nanohiukkasten absorboima valo, jonka aallonpituudet ovat laajoja", Hiroaki Misawa sanoo.

Kun kullan nanopartikkelit absorboivat valoa, ylimääräinen energia käynnistää elektronin virityksen kultaa, joka siirtää elektronit puolijohteeseen. "Valoenergian muuntamistehokkuus on 11 kertaa korkeampi kuin valaisinpysäytysominaisuuksilla", Misawa selitti. Tehostettu tehokkuus johti myös parannettuun veden jakautumiseen: elektronit vähentävät vetyioneja vedyksi, kun taas jäljelle jääneet elektronit aukot hapettivat vettä hapen tuottamiseksi - lupaava prosessi puhtaan energian tuottamiseksi.

"Hyvin pienien materiaalimäärien avulla tämä valosähkö mahdollistaa auringonvalon tehokkaan muuntamisen uusiutuvalle energianlähteelle, mikä edistää osaltaan kestävän yhteiskunnan toteutumista", tutkijat totesivat.

menu
menu