21 июл 2023 150

Перовскит: новый способ получения водорода из солнечного света с рекордной эффективностью

Ученые и инженеры из Университета Райса разработали устройство, которое может преобразовывать солнечный свет в водород с высокой эффективностью. Их технология объединяет полупроводники перовскита нового поколения с электрокатализаторами, создавая прочное, экономичное и масштабируемое устройство.

Технология представляет собой значительный прорыв в области чистой энергии и может стать платформой для широкого спектра химических реакций, которые используют солнечную энергию для преобразования сырья в топливо.

Лаборатория химического и биомолекулярного инженера Адитьи Мохита разработала интегрированный фотореактор, используя антикоррозионный барьер, который изолирует полупроводник от воды, не мешая передвижению электронов. В результате исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, устройство достигло эффективности преобразования солнечной энергии в водород на уровне 20,8%.

Использование солнечного света в качестве источника энергии для производства химических веществ является одним из самых больших препятствий на пути к экономически эффективной чистой энергии. Нашей целью является создание экономически выгодных платформ, способных производить топливо из солнечной энергии. В этом исследовании мы разработали систему, которая поглощает свет и дополняет электрохимическую реакцию расщепления воды на своей поверхности

— Аустин Фер, докторант химической и биомолекулярной инженерии и один из ведущих авторов исследования.

Устройство называется фотоэлектрохимической ячейкой, так как в нем процессы поглощения света, преобразования его в электричество и использования электричества для проведения химической реакции происходят в одном устройстве. До сих пор использование фотоэлектрохимической технологии для производства «зеленого» водорода было затруднено низкой эффективностью и высокой стоимостью полупроводников.

Все устройства этого типа используют только солнечный свет и воду для производства «зеленого» водорода, но наше устройство отличается от остальных своей рекордной эффективностью и использованием недорогих полупроводников

— Аустин Фер.

Ученые создали устройство, переделав солнечный элемент в реактор, который может использовать собранную энергию для разделения воды на кислород и водород. Исследователям пришлось разработать решение для преодоления проблемы нестабильности галогенидных перовскитов в воде, так как покрытия, используемые для их изоляции, либо нарушали их функциональность, либо их повреждали. В результате длительных исследований ученые наконец-то нашли решение проблемы.

Мы поняли, что необходимо использовать два слоя в барьерной конструкции: один для блокировки воды и другой для обеспечения хорошего электрического контакта между слоями перовскита и защитным слоем. Наши результаты — это самая высокая эффективность в области фотоэлектрохимических элементов без использования солнечной концентрации и лучшая эффективность в целом для устройств с использованием полупроводников галогенидов перовскита

— Аустин Фер.

Это первое устройство своего рода, которое демонстрирует путь к коммерческой осуществимости фотоэлектрохимических ячеек на основе доступных и недорогих полупроводников.

Исследователи продемонстрировали, что их барьерная конструкция работает с различными полупроводниками и подходит для разных реакций, что позволяет расширить ее применение в разных системах.

Мы надеемся, что подобные системы станут платформой для широкого спектра химических реакций, в которых солнечный свет является единственным источником энергии, и позволят использовать богатые ресурсы, чтобы создавать топливо

— Адитья Мохит.