Nýr staðall fyrir græna vetnistækni settur af verkfræðingum Rice háskólans.
Verkfræðingar Rice háskólans geta snúið sér sólarljósi yfir í vetni með metafköstum þökk sé tæki sem sameinar næstu kynslóð halíð peróskít hálfleiðarar* með rafhvata í einu, endingargóðu, hagkvæmu og skalanlegu tæki.
Samkvæmt rannsókn sem birt var í Nature Communications náði tækið 20.8% umbreytingarskilvirkni sólar í vetnis.
Nýja tæknin er mikilvægt skref fram á við fyrir hreina orku og gæti þjónað sem vettvangur fyrir margs konar efnahvörf sem nota sólaruppskert rafmagn til að umbreyta hráefni í eldsneyti.
Rannsóknarstofa efna- og lífsameindaverkfræðings Aditya Mohite smíðaði innbyggða ljósvirkann með því að nota tæringarhindrun sem einangrar hálfleiðarann frá vatni án þess að hindra rafeindaflutning.
„Að nota sólarljós sem orkugjafa til að framleiða efni er ein stærsta hindrunin fyrir hreinni orkubúskap,“ sagði Austin Fehr, doktorsnemi í efna- og lífsameindaverkfræði og einn af aðalhöfundum rannsóknarinnar.
„Markmið okkar er að byggja upp hagkvæma vettvang sem getur framleitt sólarorkueldsneyti. Hér hönnuðum við kerfi sem gleypir ljós og klárar rafefnafræði vatnsklofandi efnafræði á yfirborði þess."
Tækið er þekkt sem ljósaefnafræðileg fruma vegna þess að frásog ljóss, umbreyting þess í rafmagn og notkun rafmagnsins til að knýja efnahvörf á sér stað í sama tækinu. Hingað til hefur lítilli nýtni og háum kostnaði við hálfleiðara hindrað notkun ljósaefnatækni til að framleiða grænt vetni.
„Öll tæki af þessari gerð framleiða grænt vetni með því að nota aðeins sólarljós og vatn, en okkar er einstakt vegna þess að það hefur metafköst og notar hálfleiðara sem er mjög ódýr,“ sagði Fehr.
The Mohite rannsóknarstofu og samstarfsmenn þess bjuggu til tækið með því að snúa sínum mjög samkeppnishæf sólarsella inn í kjarnakljúf sem gæti notað uppskera orku til að kljúfa vatn í súrefni og vetni.
Áskorunin sem þeir þurftu að sigrast á var að halíð peróskít* eru afar óstöðug í vatni og húðun sem notuð var til að einangra hálfleiðarana endaði annað hvort að trufla virkni þeirra eða skemma þá.
„Undanfarin tvö ár höfum við farið fram og til baka og prófað mismunandi efni og tækni,“ sagði Michael Wong, Rice efnaverkfræðingur og meðhöfundur um rannsóknina.
Eftir að langvarandi tilraunir skiluðu ekki tilætluðum árangri komust vísindamennirnir loksins yfir vinningslausn.
„Lykilinnsýn okkar var að þú þyrftir tvö lög við hindrunina, eitt til að loka fyrir vatnið og eitt til að ná góðu rafmagnssambandi milli perovskítlaganna og hlífðarlagsins,“ sagði Fehr.
„Niðurstöður okkar eru mesta skilvirkni fyrir ljósaefnafræðilegar frumur án sólarstyrks og bestar í heildina fyrir þá sem nota halíð peróskít hálfleiðara.
„Þetta er fyrsta svið sem hefur í gegnum tíðina verið einkennist af óhóflega dýrum hálfleiðurum og gæti verið leið til viðskiptalegrar hagkvæmni fyrir þessa tegund tækis í fyrsta skipti,“ sagði Fehr.
Rannsakendur sýndu að hindrunarhönnun þeirra virkaði fyrir mismunandi viðbrögð og með mismunandi hálfleiðurum, sem gerir það að verkum að það er hægt að nota í mörgum kerfum.
„Við vonum að slík kerfi muni þjóna sem vettvangur til að keyra mikið úrval rafeinda til eldsneytismyndandi viðbragða með því að nota mikið hráefni með aðeins sólarljós sem orkuinntak,“ sagði Mohite.
„Með frekari endurbótum á stöðugleika og umfangi gæti þessi tækni opnað vetnishagkerfið og breytt því hvernig menn búa til hluti úr jarðefnaeldsneyti til sólareldsneytis,“ bætti Fehr við.
Perovskite – Þetta steinefni hefur meiri leiðni en sílikon og er minna viðkvæmt. Það er líka miklu meira á jörðinni. Á síðasta áratug hefur talsverð viðleitni leitt til stórkostlegrar þróunar, en innleiðing þess í framtíðarljósatækni er enn áskorun.
Perovskite ljósafrumur eru enn óstöðugar og gangast undir ótímabæra öldrun. Það sem meira er, þau innihalda blý, efni sem er mjög skaðlegt umhverfinu og heilsu manna. Af þessum ástæðum er ekki hægt að markaðssetja spjöldin.
Halógen blendingur perovskites eru flokkur hálfleiðaraefna sem hafa verið í brennidepli sérstakra rannsókna á undanförnum árum fyrir ótrúlega ljóseiginleika þeirra og notkun þeirra í ljósvakakerfi.
