Искусственные листьяПодобно процессу естественного фотосинтеза, солнечный свет можно также использовать в «искусственных листьях» для разделения воды на кислород и водород. Искусственные листы сочетают в себе фотоактивные полупроводниковые материалы и могут достигать эффективности более 15%.
Однако эти рекордные показатели эффективности были достигнуты с использованием дорогих систем, которые также имеют тенденцию к разложению в водных растворах. Для успешной коммерциализации необходимо снизить затраты и повысить стабильность.
Хорошие кандидаты с одним недостаткомПолупроводники на основе сложных оксидов металлов являются хорошими кандидатами для искусственных листьев, поскольку они относительно дешевы и стабильны в водных растворах. Ученые из HZB-Institute for Solar Fuels сосредоточили свои исследования на этих материалах.
До сих пор фотоэлектроды на основе оксидов металлов показывали умеренный КПД (только Термическая обработка водородомОдним из вариантов преодоления этого ограничения является термообработка в атмосфере водорода слоев оксида металла после осаждения. Фатва Абди и его коллеги исследовали, как эта обработка влияет на продолжительность жизни, транспортные свойства и дефекты в одном из самых многообещающих фотоэлектродов из оксидов металлов, ванадате висмута (BiVO4).
Срок службы носителей заряда увеличился вдвоеИзмерения проводимости с временным разрешением показали, что электроны и дырки живут более чем в два раза дольше в объеме обработанного водородом BiVO4 по сравнению с чистым BiVO4. В результате общий фототок при солнечном свете значительно улучшается.
Дальнейшие измерения в Дрездене и теоретические расчеты коллег из KAUST из Саудовской Аравии показали, что присутствие водорода в оксиде металла уменьшает или деактивирует точечные дефекты в основной массе BiVO4. «Наши результаты показывают, что обработка водородом приводит к меньшему количеству ловушек для носителей заряда и меньшим возможностям рекомбинации или потери. Таким образом, большее количество носителей заряда выживает дольше и может способствовать расщеплению воды», — объясняет Абди.