Новый более эффективный солнечно-топливный элемент с нанопроводами из фосфида галлия

Одна из наиболее перспективных форм искусственного фотосинтеза заключается в использовании солнечной энергии для расщепления воды для получения кислорода и водорода, который можно хранить и использовать в качестве экологически чистого топлива. И одним из самых перспективных полупроводниковых материалов для такой задачи является фосфид галлия (GaP), который не только может преобразовывать солнечный свет в электричество, но и расщеплять воду. К сожалению, этот материал является довольно дорогим, но исследователи из Технологического университета Эйндховена (TU/е) и компании FOM Foundation недавно объявили о разработке прототипа солнечно-топливного элемента, в котором фосфид галлия используется в переработанном виде. Это позволило не только в 10 тысяч раз уменьшить расход драгоценного материала, но и повысить выход водорода в 10 раз.

Стоит отметить, что при подключении стандартного кремниевого солнечного элемента к топливному элементу эффективность преобразования воды в водород и кислород достигает 15 процентов. Конечно, солнечно-топливный элемент на основе фосфида галлия имеет значительно меньшую эффективность фотоэлектрохимической реакции, но его несомненным преимуществом является компактность. Ну а новые нанопровода из фосфида галлия позволили увеличить выход водорода до 2,9 процента, что в 10 раз выше, чем при использовании пластины из этого же материала.

Ученые вырастили нанопровода в структурированных, упорядоченных массивах. Каждый нанопровод имеет размеры 500 нм длиной и 90 нм толщиной. Благодаря такой оптимизированной геометрически правильной форме нанопроводов, ученые смогли значительно увеличить площадь поверхности для наиболее эффективного поглощения солнечного света, причем во всем диапазоне длин волн. Кроме того, эти массивы нанопроводов могут быть установлены на подложке из гибкого полимера.

Тем не менее, исследователи признают, что полученный гибридный солнечно-топливный элемент имеет еще достаточно низкую эффективность. Но по их словам, этот элемент имеет огромный потенциал для увеличения эффективности, и они планируют и дальше работать над усовершенствованием прототипа.