Необычные кристаллы повысят выработку водорода при помощи солнечной энергии
В Сибирском федеральном университете придумали способ повысить выработку водорода фотоэлектрохимическими ячейками. Для этого ученые разработали новую конструкцию анода для таких ячеек, она позволит поглощать больше солнечного света и повысит эффективность всей системы.
Фотоэлектрохимические ячейки применяются для электролиза водорода, то есть расщепления воды на кислород и водород с помощью электрического тока. Электричество в ячейках вырабатывается под воздействием солнечного света — он нагревает анод, сделанный из специального поглощающего материала. Чем лучше этот материал поглощает свет, тем выше производительность ячейки. В настоящее время КПД таких ячеек составляет около 10%.
Разработанная в СФУ конструкция анода основывается на так называемых таммовских плазмон-поляритонах. Это особое состояние света, возникающее при его локализации на границе многослойного диэлектрического и металлического зеркал. Подобные конструкции обладают высокой поглощающей способностью.
В качестве диэлектрического зеркала в новом аноде использован чирпированный фотонный кристал. Он состоит из слоев с изменяющейся толщиной, что существенно расширяет диапазон отражаемого света. Роль металлического зеркала выполняет тонкий слой нитрида титана, отделенный от кристалла полупроводником.
По словам разработчиков, использование чирпированного кристалла способно повысить коэффициент поглощения света анодом на 8%. КПД фотоэлектрохимической ячейки, то есть эффективность преобразования солнечной энергии в водород, возрастет при этом почти до 14%.
