Новости химической науки > Перовскитные солнечные батареи для получения водорода

Исследователи из Швейцарии продемонстрировали новый высокоэффективный процесс расщепления воды на водород и кислород. Разработанный ими процесс является комбинацией работы устойчивого катализатора и высокоэффективной солнечной батареи из перовскита.

Недостатком перовскитных солнечных батарей является то, что они разрушаются через несколько часов работы, однако исследователи надеются, что дальнейшие исследования в области технологии разработки солнечных батарей позволят решить эту проблему.

Перовскитные солнечные батареи и катализаторы получают из дешевых и доступных материалов, стоимость системы для фоторазложения воды может быть понижена. (Рисунок из Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1258307)

По мере истощения запасов ископаемого топлива человеческая цивилизация возлагает все больше надежд на самый мощный источник энергии в нашем окружении – на энергию Солнца, однако переход к приручению энергии Солнца – не так просто решить технически. Уловленную энергию Солнца или полученную в результате ее конверсии электроэнергию необходимо запасать для использования по необходимости, а также, поскольку наиболее эффективно собирать энергию Солнца в тех географических регионах, где проживает малое количество людей, необходима разработка способов переноса этой энергии в дома и на рабочие места людей. Один из способов решения этой проблемы заключается в использовании солнечной энергии для расщепления воды на водород и кислород. Тем не менее, для практической реализации такого расщепления необходимы две вещи – катализатор, который бы обеспечил расщепление воды в относительно мягких условиях и при этом с большой скоростью, а также фотогальваническая ячейка, которая бы обеспечила достаточную разность потенциалов для этого расщепления воды.

В обычных солнечных батареях фотогальваническим материалом является кремний, который сам по себе является относительно дешевым сырьем, однако особенности полупроводниковых свойств кремния приводят к тому, что изготовление солнечных батарей (даже несмотря на то, что в настоящее время этот процесс автоматизирован) из кремния представляет отнюдь недешевую технологию. Еще одна проблема кремниевых солнечных батарей заключается в том, что разность потенциалов, которую создает обычная кремниевая солнечная батарея, составляет не более 0,75 В, то есть для создания источника, способно расщепить воду требуется объединить в каскад три или четыре солнечных батареи.

Перовскитовые солнечные батареи были открыты в 2009 году, и с той поры являются объектом интенсивного изучения. Благодаря тому, что в перовските есть запрещённая энергетическая зона с прямыми переходами, он поглощает свет эффективнее кремния, для получения солнечной батареи требуется тонкий слой, который может быть получен с помощью осаждения из раствора, что значительно удешевляет производство перовскитных солнечных батарей. В новом исследовании Микаэль Гретцель (Michael Grätzel) с коллегами из Швейцарского Федерального технологического института предлагают принципиальную схему устройства для расщепления воды, содержащую перовскитную солнечную батарею, активным материалом которой является CH₃NH₃PbI₃. Эффективность новой ячейки по переработки солнечного света составляет 17.3%, а фото-ЭДС превышает 1 вольт, а это позволяет расщеплять воду всего лишь двумя перовскитными солнечными батарейками.

Следует, однако, отметить, что в настоящее время недостатком перовскитных солнечных батарей является их низкая устойчивость, однако исследователи надеются, что рано или поздно удастся их стабилизировать.

Источник: Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1258307

метки статьи: #аккумуляторы, #кинетика и катализ, #фотохимия, фотокатализ