Solarenergie kann freimütig elektrochemische Reaktionen an dieser Oberfläche von Photoelektroden scheuchen. Fotoelektroden gegeben aus halbleitenden Dünnfilmen hinauf transparenten leitfähigen Glassubstraten, die Licht in Strom umwandeln. Die meisten photoelektrochemischen Studien nach sich ziehen sich hinauf die Wasserspaltung konzentriert, eine thermodynamisch bergauf verlaufende Reaktion, die zusammensetzen attraktiven Weg zu Händen die langfristige Erfassung und Speicherung von Sonnenenergie durch die Erzeugung von „grünem“ Wasserstoff eröffnen könnte.
Metalloxid-Dünnfilm-Photoelektroden sind zu Händen sie vielfältigen Funktionen im besonderen interessant. Sie zusammenfassen zahlreiche Elemente, die potenziell unbegrenzte Verstellbarkeit eröffnen, um die gewünschten Eigenschaften zu hinhauen – zu potenziell niedrigen Wert.
Hergestellt aus Plasma
Am HZB-Institut zu Händen Solare Brennstoffe vereinnahmen sich mehrere Teams mit dieser Fortentwicklung solcher Photoelektroden. Dasjenige übliche Verfahren zu ihrer Herstellung ist die gepulste Laserabscheidung: Ein intensiver Laserpuls trifft hinauf ein Target, dies dies Werkstoff enthält, und trägt es zu einem hochenergetischen Plasma ab, dies hinauf einem Trägermaterial öde wird.
Qualität braucht Wärme
Weitere Schritte sind erforderlich, um die Qualität des abgeschiedenen Dünnfilms zu verbessern. Insbesondere die thermische Erledigung des Metalloxid-Dünnfilms reduziert Defekte und Unvollkommenheiten. Dies führt jedoch zu einem Dilemma: Die Verringerung dieser Konzentration atomarer Defekte und Verbesserungen dieser kristallinen Ordnungsprinzip dieser Metalloxid-Dünnschichten würde thermische Verarbeitungstemperaturen zwischen 850 und 1000 Rang Celsius erfordern – zwar dies Glassubstrat schmilzt schon für 550 Rang Celsius.
Blitzerhitzen des dünnen Films
Dr. Ronen Gottesman vom HZB-Institut zu Händen Solare Brennstoffe hat dieses Problem nun gelöst: Nachher dieser Abscheidung erhitzt er die Metalloxid-Dünnschicht mit Hochleistungslampen blitzschnell. In Folge dessen wird es hinauf 850 Rang Celsius erhitzt, ohne dass dies darunter liegende Glassubstrat schmilzt.
„Die Hitze reduziert effizient Strukturdefekte, Fallenzustände, Korngrenzen und Phasenverunreinigungen, deren Minderung mit einer zunehmenden Menge von Elementen in den Metalloxiden schwieriger werden würde. Von dort sind neue innovative Syntheseansätze unerlässlich. Dasjenige nach sich ziehen wir jetzt gezeigt dies hinauf Photoelektroden aus Ta2O5, TiO2 und WO3, die wir hinauf 850 °Kohlenstoff erhitzt nach sich ziehen, ohne die Substrate zu schrotten“, sagt Gottesman.
Rekordleistung zu Händen a-SnWO4
Triumphierend war die neue Methode gleichfalls für einem Photoelektrodenmaterial, dies wie sehr guter Kandidat zu Händen die solare Wasserspaltung gilt: a-SnWO4. Herkömmliche Ofenerwärmung hinterlässt Phasenverunreinigungen. Die Erwärmung durch Rapid Thermal Processing (RTP) verbesserte die Kristallinität, die elektronischen Eigenschaften und die Leistung, welches zu einer neuen Rekordleistung von 1 mA/cm2 zu Händen dieses Werkstoff führte, 25 % höher wie dieser vorherige Rekord.
„Dasjenige ist gleichfalls interessant zu Händen die Herstellung von Quantenpunkten oder Halogenid-Perowskiten, die ebenfalls temperaturempfindlich sind“, erklärt Gottesman.
Forschungsbericht: „Ein heißes Licht hinauf neue Photoabsorbermaterialien werfen: Die Macht dieser schnellen Strahlungsheizung für dieser Fortentwicklung von Sauerstoff-Verbindung-Dünnschicht-Photoelektroden“
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