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使用太阳能电池从太阳中收集能量的环保电化学催化剂

2021-03-04 20:07:09

东京工业大学(Tokyo Tech)和金泽大学的研究团队开发了一种环保设备,该设备利用太阳能高效催化电化学氧化反应。

由于当前的环境危机以及避免非可再生能源(化石燃料)的必要性,绿色能源成为全球研究的热点。数十年来,研究人员一直在寻找利用和收集太阳能的方法,并且将光能转换为电能的光伏设备的需求量很大。

自1970年代以来,在石油价格引起的经济冲击之后,对这些设备的研究取得了进展。尽管大多数进步是基于硅的太阳能电池,但科学家已经证明有机光伏器件也可以达到可接受的性能。使用有机材料是有利的,因为与硅工艺不同,它们可以作为环境友好的工艺进行印刷和涂漆。有机材料也多种多样,可以针对每种特定应用量身定制。

有机光伏太阳能电池由夹在两个不同电极(透明的前电极和后电极)之间的“活性层”组成。主动层是魔术的起点。入射光的光子产生的能量通过碰撞转移到材料的电子,激发它们并使它们运动,从而留下带正电的伪粒子,称为“空穴”。这些在技术上不存在,但可以用来大致描述材料的电性能。电极的重要性在于,每个电极必须收集一种类型的这些带电粒子(一个收集空穴,另一个电子)以防止它们在活性层中重组。电子流经连接到两个电极的外部电路,从光中产生电。

然而,挑战在于在电极处收集大量电子和空穴并且以高效率将光转换成电。一些研究人员已经提出在活性层附近的化学反应中直接使用产生的空穴或电子。因此,由东京工业大学的Nai的Keiji Nagai博士和金泽大学的一个研究小组提出了一种有机光电化学装置的简单制造程序,该装置可以收集太阳能来促进化学氧化反应。

他们的方法始于传统的有机光伏器件,该器件易于制造且特性众所周知,并从机械上去除了收集空穴的背面电极。如图1所示,暴露的活性层涂有ZnPc并浸没在硫醇中。入射光产生的空穴直接用于硫醇氧化,被ZnPc层催化(促进)。被激发的电子通过剩余的前电极流出,从而产生电流。

制造方法的简单性和优点以及在收集光能时测得的效率非常有前途。“去除后电极 Nagai博士解释说,这是一种构建良好表征的光电化学电池的有前途且可重复的技术。研究人员还研究了涂有ZnPc的活性层的形貌和电化学性质,以阐明其催化活性的原理。我们的分析清楚地观察到了ZnPc涂层,其中包括有效地积累了光生空穴。”金泽大学的Takahashi博士说。更绿色的未来。

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