Новый фотоэлектрод значительно повысил эффективность солнечных коллекторов

Ученые из Университета Хоккайдо создали новый фотоэлектрод, способный собрать 85% видимых лучей на полупроводниковый слой, толщиной 30 нм, расположенный между двумя золотыми листами. Конструкция преобразует свет в энергию в 11 раз эффективнее предыдущих методов.

Сбор максимальной доли видимого солнечного света минимально возможным количеством материала – задача, которую стремятся решить специалисты на пути к экологически безопасной энергетики. Команда исследователей, возглавляемая профессором Хироаки Мисавой, нацелилась на создание фотоэлектрода, выполняющего эту работу за счет золотых наночастиц в полупроводнике, сообщает sciencedaily.com. Но простое нанесение слоя ценного металла не привело к серьезному увеличению светопоглощения, так как он работал с лучами небольшого спектра.

В исследовании, представленном в Nature Nanotechnology, группа поместила пленку из диоксида титана, толщиной 30 нм, между золотым листом, толщиной 100 нм, и наночастицами металла. При облучении с нижней стороны, верхний слой действовал как зеркало. В результате свет задерживался в полости между золотыми элементами, что помогало наночастицам поглощать его.

К удивлению авторов, фотоэлектрод собрал более 85% лучей видимого спектра, сработав намного лучше предыдущих структур. Известно, что золотые наночастицы вызывают локализованный плазменный резонанс, поглощающий свет с определенной длиной волны.

«Здесь мы успешно создали новое состояние, при котором плазмоны и видимый свет задерживаются в оксиде титана и взаимодействуют, позволяя наночастицам поглощать более широкий спектр лучей», — сказал профессор Мисава.

Вызванное в процессе возбуждение электронов в золоте передает больше частиц в полупроводник.

«Преобразование света в энергию стало эффективнее в 11 раз, в сравнении с методами без функции захвата лучей, — отметил Мисава. – Это привело и к улучшению расщепления воды: электроны восстанавливали водородные ионы в водород, пока оставшиеся дыры окисляли жидкость для получения кислорода. Многообещающий процесс для производства чистой энергии с использованием небольшого количества материала».