Rekor dunia baru untuk efisiensi pemisahan air matahari langsung !

Tim dari Institut Teknologi California, Universitas Cambridge, Technische Universitaet Ilmenau, dan Institut Fraunhofer untuk Sistem Energi Matahari ISE berpartisipasi dalam pekerjaan pembangunan. Salah satu bagian dari percobaan berlangsung di Institut untuk Solar Fuels di Helmholtz-Zentrum Berlin.

iamnotashamed – Fotovoltaik adalah andalan sistem pasokan energi terbarukan, dan sinar matahari berlimpah di seluruh dunia tetapi tidak sepanjang waktu. Salah satu solusi untuk menangani pembangkit listrik yang berfluktuasi ini adalah untuk menyimpan sinar matahari dalam bentuk energi kimia, khususnya dengan menggunakan sinar matahari untuk menghasilkan hidrogen. Ini karena hidrogen dapat disimpan dengan mudah dan aman, dan digunakan dalam banyak cara baik dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik dan panas secara langsung, atau sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan bakar yang mudah terbakar. Jika Anda menggabungkan sel surya dengan katalis dan lapisan fungsional tambahan untuk membentuk fotoelektroda monolitik sebagai blok tunggal, maka pemisahan air menjadi sangat sederhana: photocathode direndam dalam media berair dan ketika cahaya jatuh di atasnya, hidrogen terbentuk di sisi depan. dan oksigen di belakang.

Untuk fotokatologi monolitik yang diteliti di sini, tim peneliti menggabungkan lapisan fungsional tambahan dengan sel tandem yang sangat efisien yang terbuat dari semikonduktor III-V yang dikembangkan di Fraunhofer ISE. Ini memungkinkan mereka untuk mengurangi reflektifitas permukaan sel, sehingga menghindari kerugian yang cukup besar yang disebabkan oleh penyerapan dan refleksi cahaya parasit. “Ini juga di mana inovasi terletak,” jelas Prof. Hans-Joachim Lewerenz, Caltech, AS: “Karena kami telah mencapai efisiensi lebih dari 14 persen untuk sel sebelumnya pada tahun 2015, yang merupakan rekor dunia pada saat itu. Di sini kita telah mengganti lapisan atas anti-korosi dengan lapisan titanium dioksida kristal yang tidak hanya memiliki sifat anti-refleksi yang sangat baik, tetapi juga partikel katalis yang melekat. ” Dan Prof. Harry Atwater, Caltech, menambahkan: “Selain itu, kami juga telah menggunakan proses elektrokimia baru untuk menghasilkan nanopartikel rhodium yang berfungsi untuk mengkatalisis reaksi pemecahan air. Partikel-partikel ini hanya sepuluh nanometer dengan diameter dan karena itu secara optik hampir transparan, membuat mereka cocok untuk pekerjaan itu. nagapokerqq

Di bawah simulasi radiasi matahari, para ilmuwan mencapai efisiensi 19,3 persen dalam asam perklorat encer encer, sementara masih mencapai 18,5 persen dalam elektrolit dengan pH netral. Angka-angka ini mendekati 23 persen efisiensi maksimum teoritis yang dapat dicapai dengan sifat-sifat elektronik yang melekat untuk kombinasi lapisan ini.

“Lapisan titanium-oksida kristal tidak hanya melindungi sel surya yang sebenarnya dari korosi, tetapi juga meningkatkan muatan transportasi berkat sifat elektroniknya yang menguntungkan,” kata Dr. Matthias May, yang melakukan bagian dari percobaan penentuan efisiensi di Institut HZB untuk Solar Fuels di laboratorium pelopor ke Fasilitas Pengujian Solar-Bahan Bakar dari Helmholtz Energy Materials Foundry (HEMF). Catatan rekor yang sekarang diterbitkan didasarkan pada pekerjaan yang telah dimulai oleh May sebagai mahasiswa doktoral di HZB dan untuk itu dia dianugerahi Helmholtz Association Doctoral Prize untuk bidang penelitian energi pada 2016. “Kami mampu meningkatkan masa operasi hingga hampir 100 jam. Ini adalah kemajuan besar dibandingkan dengan sistem sebelumnya yang sudah berkarat setelah 40 jam. Namun demikian, masih banyak yang harus dilakukan, “jelas May.

Itu karena penelitian ini masih mendasar pada sistem kecil dengan harga tinggi di laboratorium. Namun, para peneliti optimis: “Pekerjaan ini menunjukkan bahwa sel tandem yang dibuat khusus untuk pemisahan air matahari langsung memiliki potensi untuk mencapai efisiensi di atas 20 persen. Salah satu pendekatan untuk ini adalah untuk memilih energi band-gap yang lebih baik untuk keduanya. bahan penyerap di sel tandem. Dan salah satu dari keduanya bahkan bisa silikon, “jelas Prof. Thomas Hannappel, TU Ilmenau. Tim di Fraunhofer ISE dan TU Ilmenau sedang bekerja untuk merancang sel yang menggabungkan semikonduktor III-V dengan silikon berharga rendah, yang dapat sangat mengurangi biaya.