研究人员捕获多余的光子能量来生产太阳能燃料

导读 能源部可再生能源实验室(NREL)的科学家已经开发出一种原理验证光电化学电池,能够捕获通常因发热而损失的多余光子能量。 利用量子点(QD)和

能源部可再生能源实验室(NREL)的科学家已经开发出一种原理验证光电化学电池,能够捕获通常因发热而损失的多余光子能量。

利用量子点(QD)和称为多激子生成(MEG)的过程,NREL研究人员能够将氢气产生的峰值外部量子效率推高到114%。通过使用电池以比现有光电化学方法更高的效率和更低的成本分解水,该进步可以显着地促进来自太阳光的氢的产生。

该研究的详细内容在自然能源论文中概述了光电化学析氢反应的多激子产生,量子产率超过100%,由Matthew Beard,Yong Yan,Ryan Crisp,Jing Gu,Boris Chernomordik,Gregory Pach,Ashley Marshall共同撰写。和约翰特纳。全部来自NREL; Crisp还隶属于科罗拉多矿业学院,Pach和Marshall隶属于科罗拉多大学博尔德分校。

Beard和其他NREL科学家在2011年发表了一篇科学论文,首次展示了MEG如何通过在电流中产生的电子数量超过进入太阳能电池的光子量,使太阳能电池的量子效率超过100%。

“这里的主要区别在于我们在化学键中捕获了MEG增强,而不仅仅是在电流中,”Beard说。“我们证明,在太阳能电池中产生额外电流的相同过程也可用于产生化学键中的额外化学反应或储存能量。”

太阳能电池的最大理论效率受到光子能量转换成可用电能的程度的限制,光子能量超过半导体吸收带状物会损失热量。MEG工艺利用额外的光子能量来产生更多电子,从而产生额外的化学或电势,而不是产生热量。QD是球形半导体纳米晶体(直径2-10nm),增强了MEG工艺。

在当前的报道中,通过QD内的MEG过程产生的多个电子或电荷载体被捕获并存储在H 2分子的化学键内。

NREL研究人员设计了一种基于硫化铅(PbS)QD光电阳极的电池。光电阳极包括沉积在二氧化钛/氟掺杂的氧化锡介电叠层顶部的一层PbS量子点。由额外电子驱动的化学反应为探索太阳能燃料的高效方法提供了新的方向。

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