La edad de los combustibles fósiles está destinada a terminar, por varias razones importantes. Como alternativa a los combustibles fósiles, el hidrógeno parece muy atractivo. El gas tiene una gran densidad de energía, puede almacenarse o procesarse aún más, por ejemplo, metano o directamenteproporcionar electricidad limpia a través de una celda de combustible. Si se produce utilizando solo la luz solar, el hidrógeno es completamente renovable con cero emisiones de carbono.
hojas artificiales
Similar a un proceso en la fotosíntesis natural, la luz solar también se puede usar en "hojas artificiales" para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno. Las hojas artificiales combinan materiales semiconductores fotoactivos y pueden alcanzar eficiencias superiores al 15%. Sin embargo, esas eficiencias récord se obtuvieron utilizandosistemas caros, que también tienden a descomponerse en soluciones acuosas. Para una comercialización exitosa, los costos deben reducirse y la estabilidad debe aumentar.
buenos candidatos con una desventaja
Los semiconductores de óxido metálico complejo son buenos candidatos para hojas artificiales, ya que son relativamente baratos y estables en soluciones acuosas. Los científicos del Instituto HZB para Combustibles Solares centran su investigación en estos materiales. Hasta ahora, los fotoelectrodos basados en óxidos metálicos han demostrado una eficiencia moderadasolo <8%. Una razón es su escasa movilidad del portador de carga electrón y / o agujero, que es hasta 100,000 veces menor que en los semiconductores clásicos como el arseniuro de galio o el silicio ". Lo peor es el hecho de que la cargalos portadores de óxidos metálicos a menudo tienen una vida útil muy corta de nanosegundos o incluso picosegundos. Muchos de ellos desaparecen antes de que puedan contribuir a la división del agua ", señala el Dr. Fatwa Abdi, experto del Instituto HZB para Combustibles Solares.
Tratamiento térmico con hidrógeno
Una opción para superar esta limitación es un tratamiento térmico bajo atmósfera de hidrógeno de las capas de óxido metálico después de la deposición. Fatwa Abdi y sus colegas ahora han investigado cómo este tratamiento influye en la vida útil, las propiedades de transporte y los defectos en uno de los óxidos metálicos más prometedoresfotoelectrodos, vanadato de bismuto BiVO4.
La vida útil de las compañías de carga se duplicó
Las mediciones de conductividad resueltas en el tiempo revelaron que los electrones y los agujeros viven más del doble de tiempo en la mayor parte del BiVO4 tratado con hidrógeno en comparación con el BiVO4 prístino. Como resultado, la fotocorriente general bajo la luz solar mejora en gran medida.Dresden y los cálculos teóricos de los colegas de KAUST en Arabia Saudita proporcionaron evidencia de que la presencia de hidrógeno en el óxido metálico reduce o desactiva defectos puntuales en la mayor parte de BiVO4. "Nuestros resultados muestran que el tratamiento con hidrógeno conduce a menos trampas para los portadores de carga y menos oportunidadesrecombinarse o perderse. Por lo tanto, más portadores de carga sobreviven por más tiempo y pueden contribuir a la división del agua ", explica Abdi.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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