Солнечная энергия может непосредственно приводить в действие электрохимические реакции на поверхности фотоэлектродов. Фотоэлектроды состоят из полупроводниковых тонких пленок на прозрачных подложках из проводящего стекла, которые преобразуют свет в электричество. Большинство фотоэлектрохимических исследований были сосредоточены на расщеплении воды, термодинамически сложной реакции, которая может предложить привлекательный путь для долгосрочного улавливания и хранения солнечной энергии путем производства "зеленого" водорода.
Тонкопленочные фотоэлектроды на основе оксида металла особенно перспективны для выполнения этих разнообразных функций. Они содержат множество элементов, потенциально обеспечивающих бесконечную возможность настройки для достижения желаемых свойств - при потенциально низких затратах.
Изготовлен из плазмы
В Институте солнечного топлива HZB несколько команд сосредоточены на разработке таких фотоэлектродов. Обычным методом их получения является импульсное лазерное осаждение: интенсивный лазерный импульс попадает на мишень, содержащую материал, и превращает его в высокоэнергетическую плазму, нанесенную на подложку.
Качество нуждается в тепле
Необходимы дальнейшие шаги для улучшения качества нанесенной тонкой пленки. В частности, термическая обработка тонкой пленки оксида металла уменьшает дефекты и несовершенства. Однако это создает дилемму: уменьшение концентрации атомных дефектов и улучшение кристаллического состояния тонких пленок оксида металла потребовали бы температур термической обработки от 850 до 1000 градусов Цельсия - но проблема в том, что стеклянная подложка плавится при 550 градусах Цельсия.
Мгновенный нагрев тонкой пленки
Доктор Ронен Готтесман из Института солнечного топлива HZB теперь решил эту проблему: после нанесения, используя мощные лампы, он нагревает тонкую пленку оксида металла вспышкой. Это нагревает его до 850 градусов Цельсия, не расплавляя нижележащую стеклянную подложку.
"Тепло эффективно уменьшает структурные дефекты, состояния-ловушки, границы зерен и фазовые примеси, которые было бы сложнее устранить с увеличением количества элементов в оксидах металлов. Поэтому необходимы новые инновационные подходы к синтезу. Теперь мы продемонстрировали это на фотоэлектродах, изготовленных из Та2O5, Что2, и ГОРЕ3, который мы нагрели до 850 °C, не повредив подложки", - говорит Готтесман.
Рекордная производительность для α-SnWO4
Новый метод также оказался успешным с фотоэлектродным материалом, который считается очень хорошим кандидатом для расщепления солнечной воды: α-SnWO4. При обычном нагревании в печи остаются фазовые примеси. Нагрев при быстрой термической обработке (RTP) улучшил кристалличность, электронные свойства и производительность, что привело к новому рекорду производительности в 1 мА/см2 для этого материала это выше на 25%, чем предыдущий рекорд.
"Это также интересно для производства квантовых точек или галогенидных перовскитов, которые также чувствительны к температуре", - объясняет Готтесман.
Комментарии