Credito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
La conversione da solare a combustibile offre una tecnologia promettente per risolvere i problemi energetici, tuttavia, le prestazioni del dispositivo potrebbero essere limitate dall'assorbimento indesiderato della luce solare. I ricercatori mostrano che il tiocianato di rame può aiutare il trasporto dei fori nei fotoelettrodi di ossido e consentire un'efficienza del 4,55 percento dal solare all'idrogeno nei dispositivi tandem.
La scissione dell'acqua fotoelettrochimica (PEC) per la generazione di combustibile a idrogeno è stata considerata il Santo Graal dell'elettrochimica. Ma per raggiungerlo, molti scienziati ritengono che i materiali debbano essere abbondanti ea basso costo.
I fotocatodi di ossido più promettenti sono l'ossido rameoso (Cu 2 O) fotoelettrodi. Nel 2018 e nel 2019, i ricercatori dell'EPFL hanno ottenuto prestazioni da campioni con l'ossido rameoso, rivaleggiando con i fotocatodi basati su semiconduttori fotovoltaici (PV).
Ma mancava ancora un pezzo del puzzle. Anche Cu . all'avanguardia 2 O i fotocatodi utilizzano ancora contatti posteriori metallici (rame o oro), consentendo una notevole ricombinazione elettrone-lacuna. Altri svantaggi includono l'alto costo e il fatto che il contatto metallico non consentirà il passaggio della luce solare non assorbita.
Ora, scienziati all'EPFL show per la prima volta, che il tiocianato di rame (CuSCN) può essere utilizzato come strato di trasporto del foro trasparente ed efficace (HTL) per Cu 2 O fotocatodi con prestazioni complessivamente migliorate. La ricerca è stata guidata dai professori Anders Hagfeldt, Michael Gratzel, e Kevin Sivula all'Istituto di scienze chimiche e ingegneria dell'EPFL.
Un'analisi dettagliata su due tipi di CuSCN ha mostrato che una struttura difettosa potrebbe essere utile per la conduzione del foro. Inoltre, a causa dell'allineamento casuale tra le bande di valenza di CuSCN e Cu 2 Oh, è stato scoperto che gli stati della coda della banda hanno assistito il trasporto di lacune in CuSCN per consentire una conduzione regolare delle lacune mentre bloccano in modo efficiente il trasporto di elettroni.
I vantaggi ottici di CuSCN sono stati ulteriormente dimostrati attraverso un tandem PEC-PV autonomo che offre un'efficienza da solare a idrogeno del 4,55%. Questa efficienza (4,55% per 12 h) è attualmente la più alta tra tutti i Cu 2 Tandem a doppio assorbimento a base di O.
Lo studio presenta un progresso chiaro e impressionante oltre lo stato dell'arte Cu 2 Oh fotocatodi, che possono contribuire e ispirare lo sviluppo futuro nel settore.
"Anche se in questo lavoro si ottengono i migliori numeri con il materiale di ossido, crediamo che i valori più alti non siano lontani, "dice Pan Lingfeng, il primo autore dell'articolo. "Almeno tre aspetti risultano non ottimali, ma migliorarli è molto fattibile. Il valore dell'efficienza si avvicina sempre di più a quello che in precedenza si pensava fosse la soglia per la commercializzazione".
