L’efficacité du fractionnement de l’eau photoélectrochimique atteint 4,5%

L'efficacité du fractionnement de l'eau photoélectrochimique atteint 4,5%

Crédit: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

La conversion solaire en combustible offre une technologie prometteuse pour résoudre les problèmes d’énergie, mais les performances de l’appareil pourraient être limitées par une absorption indésirable de la lumière solaire. Les chercheurs montrent que le thiocyanate de cuivre peut aider au transport des trous dans les photoélectrodes à oxyde et permettre une efficacité solaire-hydrogène de 4,55% dans les appareils en tandem.

Le fractionnement de l’eau photoélectrochimique (PEC) pour la production d’hydrogène a été considéré comme le Saint Graal de l’électrochimie. Mais pour y parvenir, de nombreux scientifiques pensent que les matériaux doivent être abondants et peu coûteux.

Les photocathodes à oxyde les plus prometteuses sont l’oxyde cuivreux (Cu2O) photoélectrodes. En 2018 et 2019, les chercheurs de l’EPFL ont réalisé des performances de champion avec l’oxyde cuivreux, rivalisant avec les photocathodes photovoltaïques (PV) à base de semi-conducteurs.

Mais il manquait encore une pièce du puzzle. Même Cu à la pointe de la technologie2Les photocathodes O utilisent toujours des contacts arrière métalliques (cuivre ou or), permettant une recombinaison considérable électron-trou. D’autres inconvénients incluent le coût élevé et le fait que le contact avec le métal ne laisse pas passer la lumière du soleil non absorbée.

Maintenant, les scientifiques de l’EPFL montrent pour la première fois que le thiocyanate de cuivre (CuSCN) peut être utilisé comme couche transparente et efficace de transport de trous (HTL) pour Cu2O photocathodes aux performances globales améliorées. La recherche a été dirigée par les professeurs Anders Hagfeldt, Michael Grätzel et Kevin Sivula de l’Institut des sciences et de l’ingénierie chimiques de l’EPFL.

Une analyse détaillée de deux types de CuSCN a montré qu’une structure défectueuse pouvait être bénéfique pour la conduction des trous. De plus, en raison de l’alignement coïncident entre les bandes de valence de CuSCN et Cu2O, les états de queue de bande aidés au transport de trous dans CuSCN ont été découverts pour permettre une conduction de trous lisse tout en bloquant efficacement le transport d’électrons.

Les avantages optiques du CuSCN ont également été démontrés par un tandem PEC-PV autonome offrant une efficacité solaire / hydrogène de 4,55%. Cette efficacité (4,55% pendant 12 h) est actuellement la plus élevée de tous les Cu2Tandems à double absorbeur à base O.

L’étude présente une avancée claire et impressionnante au-delà de l’état de l’art Cu2O photocathodes, qui peuvent contribuer et inspirer le développement futur dans le domaine.

“Bien que les meilleurs chiffres soient atteints oxyde Dans ce travail, nous pensons que des valeurs plus élevées ne sont pas loin », explique Pan Lingfeng, le premier auteur de l’article.« Au moins trois aspects ne sont pas optimaux, mais les améliorer est très faisable. La valeur d’efficacité se rapproche de plus en plus de celle qui était auparavant considérée comme le seuil de commercialisation. ”


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Plus d’information:
Linfeng Pan et al. Cu2Photocathodes O avec états de queue de bande assistés pour le transport des trous pour la séparation autonome de l’eau solaire, Communications Nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-019-13987-5

Fourni par
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Citation:
                                                 L’efficacité du fractionnement de l’eau photoélectrochimique atteint 4,5% (2020, 16 janvier)
                                                 récupéré le 19 janvier 2020
                                                 sur https://techxplore.com/news/2020-01-photoelectrochemical-water-splitting-efficiency.html

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