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  • La eficiencia fotoelectroquímica de división del agua alcanza el 4,5%

    Crédito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

    La conversión de energía solar a combustible ofrece una tecnología prometedora para resolver problemas energéticos, sin embargo, el rendimiento del dispositivo podría verse limitado por la absorción indeseada de la luz solar. Los investigadores muestran que el tiocianato de cobre puede ayudar en el transporte de huecos en fotoelectrodos de óxido y permitir una eficiencia de energía solar a hidrógeno del 4,55 por ciento en dispositivos en tándem.

    La división de agua fotoelectroquímica (PEC) para la generación de combustible de hidrógeno se ha considerado el Santo Grial de la electroquímica. Pero para lograrlo muchos científicos creen que los materiales deben ser abundantes y de bajo costo.

    Los fotocátodos de óxido más prometedores son el óxido cuproso (Cu 2 O) fotoelectrodos. En 2018 y 2019, Los investigadores de EPFL lograron un rendimiento de campeón con óxido cuproso, rivalizando con los fotocátodos basados ​​en semiconductores fotovoltaicos (PV).

    Pero todavía faltaba una pieza del rompecabezas. Incluso Cu de última generación 2 Los fotocátodos todavía usan contactos traseros metálicos (cobre u oro), permitiendo una considerable recombinación de huecos de electrones. Otras desventajas incluyen el alto costo y que el contacto de metal no permitirá que pase la luz solar no absorbida.

    Ahora, científicos en la feria EPFL por primera vez, que el tiocianato de cobre (CuSCN) se puede utilizar como una capa de transporte de agujeros transparente y eficaz (HTL) para Cu 2 O fotocátodos con un rendimiento general mejorado. La investigación fue dirigida por los profesores Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, y Kevin Sivula del Instituto de Ciencias Químicas e Ingeniería de EPFL.

    Un análisis detallado de dos tipos de CuSCN mostró que una estructura defectuosa podría ser beneficiosa para la conducción del pozo. Es más, debido a la alineación coincidente entre las bandas de valencia de CuSCN y Cu 2 Oh Se descubrió que los estados de cola de banda asistieron al transporte de huecos en CuSCN para permitir una conducción de huecos suave mientras bloquea de manera eficiente el transporte de electrones.

    Las ventajas ópticas de CuSCN se demostraron aún más a través de un tándem PEC-PV independiente que ofrece una eficiencia de energía solar a hidrógeno del 4,55 por ciento. Esta eficiencia (4,55 por ciento durante 12 h) es actualmente la más alta entre todos los Cu 2 Tándems de absorción dual a base de O.

    El estudio presenta un avance claro e impresionante más allá del estado de la técnica Cu 2 Oh fotocátodos, que puede contribuir e inspirar el desarrollo futuro en el campo.

    "Aunque los números más altos se logran con el material de óxido en este trabajo, creemos que los valores más altos no están lejos, "dice Pan Lingfeng, el primer autor del artículo. "Se considera que al menos tres aspectos no son óptimos, pero mejorarlos es muy factible. El valor de la eficiencia se acerca cada vez más al que antes se pensaba que era el umbral de comercialización ".


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