Новое открытие ученых повысит эффективность фотоэлектрохимических ячеек и, возможно, даст дорогу дешевому производству водородного топлива.

Таким же образом как растения используют фотосинтез для преобразования солнечного света в энергию, фотоэлектрохимические ячейки используют солнечный свет для активации химических реакций, производящих водород из воды. Это перспективная технология получения дешевого и экологически чистого водородного топлива, которое можно использовать для производства электричества или непосредственно в двигателях транспортных средств.

Обычно процесс включает в себя использование светочувствительных полупроводниковых материалов, таких как оксид меди, для обеспечения реакций, необходимых для выработки топлива. Хотя это очень дешевая технология, она сталкивается с серьезным препятствием – оксид меди, помещенный в воду, очень неустойчив к воздействию света. Исследование, проведенное Адрианой Парамчино (Adriana Paracchino) и Елияхом Тимсеном (Elijah Thimsen), решает эту проблему, с помощью покрытия полупроводника тонким слоем атомов.

Новая технология, созданная с использованием техники молекулярного наслаивания (ALD), описана в издании Nature Materials.

Рис. 1. Принцип работы фотоэлектрохимической ячейки.

Под руководством профессора Майкла Гратзела (Michael Gratzel) из Швейцарского федерального института технологий Лозанны, ученым удалось объединить две технологии, используемые современной промышленностью и применить их для производства дешевого водорода. Новая технология позволяет надежно защитить оксид меди от контакта с водой. Преимуществ множество: оксида меди много и он недорог, защитный слой полностью непроницаемым вне зависимости от формы поверхности (она может быть шероховатой для максимальной эффективности), но главное – процесс может быть легко расширен до промышленного масштаба.

Суть ноу-хау заключается в наращивании на поверхности оксида меди слоев оксида цинка и оксида титана в один атом толщиной. Используя технику ALD, ученые смогли выдерживать толщину защитного слоя с точностью до одного атома по всей поверхности полупроводника. Это гарантирует стабильную эффективность производства водорода. Следующим шагом в исследованиях будет улучшение электрических свойств защитного слоя.

Использование широкого распространенных материалов и методов позволит повысить интерес промышленности к экологически чистой технологии фотоэлектрохимических ячеек, которые могут стать недорогим и надежным источником водорода.