Международная команда ученых значительно увеличила эффективность расщепления воды на водород и кислород с помощью прямых солнечных лучей.
Специальные солнечные элементы преобразует свет напрямую в водород. Они сочетают в себе обычную солнечную ячейку и элемент для электролиза. Эффективность новых комбинированных ячеек достигает 14%, что превышает предыдущий рекорд в 12,4%, который был установлен 17 лет назад. В исследовании приняли участие ученые из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца, Технического университета Ильменау, Института солнечных энергетических систем Фраунхофера и Калифорнийского технологического института. Результаты исследования опубликованы в Nature.
На землю поступает огромное количество солнечной энергии, но, к сожалению, не постоянно и не везде. Один из особенно интересных способов аккумулирования этой энергии — искусственный фотосинтез. Это процесс который очень распространен на земле (он происходит во всех растениях) представляет собой преобразование солнечного света в химическую энергию. Этот процесс можно повторить и с искусственными системами, основанными на полупроводниках. Они вырабатывают электроэнергию с помощью солнечных ячеек и с ее помощью расщепляют воду на кислород и водород. Водород имеет очень высокую плотность энергии и может легко заменить ископаемые виды топлива во многих сферах. Кроме того, это очень экологичное топливо. При сгорании или использовании его в топливных ячейках он не выделяет вредных веществ, а продуктами его переработки является обычная вода. До сих пор, производство солнечного водорода на промышленном уровне было не рентабельно из-за низкой эффективности искусственного фотосинтеза.
Много лет ученые по всему миру, пытались превзойти текущий рекорд эффективности в 12,4%, который был установлен 17 лет назад в Национальной лаборатории возобновляемой энергии в США.
Теперь команда ученых из нескольких институтов значительно превысили этот показатель. Ведущий автор Маттиас Мэй, работающий в Техническом университете Ильменау и Берлинском центре материалов и энергии имени Гельмгольца, исследовал около сотни образцов в его докторской диссертации чтобы достичь таких результатов. Основные компоненты комбинированных солнечных элементов, известны как полупроводники типа III-V. Используя запатентованный фотоэлектрохимический процесс, Мэй может менять структуру поверхности этих полупроводниковых систем для увеличения эффективности расщепления воды.
«У нас есть пассивные электронном и химическом плане слои из алюминий-индий-фосфида, соединенные со слоем катализатора для получения водорода. Таким образом, мы можем контролировать стркутуру поверхности на субнанометровом масштабе» , объясняет Мэй.
В начале, образцы работали только несколько секунд, прежде чем их мощность падала. После года оптимизации, они остаются стабильными в течение более 40 часов. Дальнейшие шаги для достижения долгосрочной стабильности в 1000 часов уже ведутся.
Это небольшое устройство преобразует 14% поступающей солнечной энергии в химическую энергию (в виде водорода).
«Прогнозы показывают, что генерация водорода из солнечного света, используя полупроводники может быть экономически конкурентоспособной с ископаемыми источниками энергии на уровнях эффективности 15% и более. Это соответствует цене водорода около четырех долларов США за килограмм», говорит профессор Томас Ханапел, из группы фотовольтаики в Техническом университете Ильменау, который был научным руководителем работы.
Солнечные панели для дома
Солнечный коллектор для дома
Ветрогенератор для дома
Резервное электроснабжение для дома
Мобильная электроэнергия
Умный дом
Тепловой насос
Каталог систем электроснабжения
Каталог солнечных электростанций