С ростом популярности чистой топливной энергии ученые ищут новые процессы для разработки устойчивого производства топлива. Недавно они обнаружили способ наддува двигателя чистого производства топлива, слегка изменяя материалы.
Исследователи из Кембриджского университета разрабатывают доступные полупроводники, собирающие свет, которые используются в устройствах для преобразования воды в экологически чистое водородное топливо , работающее исключительно на солнечном свете.
Эти полупроводниковые материалы, известные как оксиды меди, несмотря на свою нетоксичность, доступность и низкую стоимость, исторически отставали от кремния на рынке полупроводников из-за своих низких характеристик. Технология включает в себя разработку кристаллов оксида меди с точной ориентацией , что улучшает передачу электрических зарядов через материал, приводя к значительно более быстрой и эффективной транспортировке заряда.
Фотокатоды из оксида меди, поглощающие свет и изготовленные с использованием этого подхода, превзошли предыдущие оксидные фотокатоды на 70% и обладали повышенной стабильностью. Недавно опубликованное исследование демонстрирует потенциал доступных ресурсов для ускорения перехода к устойчивым источникам энергии . Более того, его можно беспрепятственно интегрировать в существующую энергетическую инфраструктуру.
Также ознакомьтесь с исследованием, проведенным Университетом Тохоку, по теме использования неупорядоченных оксидов каменной соли для перезаряжаемых магниевых батарей.
Проблемы и возможности в области оксида меди
Несмотря на многообещающие результаты, оксид меди(I), также известный как оксид меди(I), долгое время рассматривался как недорогая перспективная альтернатива кремнию. Однако присущие ему ограничения снижают его эффективность в поглощении солнечного света и преобразовании его в электрический заряд. Значительная часть этого заряда теряется, что ограничивает производительность материала.
В связи с этим доктор Линьфэн Пан из Кембриджского факультета химической инженерии и биотехнологии заявил: «Как и другие оксидные полупроводники, оксид меди(I) имеет свои внутренние проблемы. Одна из таких проблем — несоответствие между глубиной поглощения света и расстоянием распространения зарядов внутри материала, поэтому большая часть оксида под верхним слоем материала по сути представляет собой мертвое пространство».
Профессор Сэм Стрэнкс , возглавлявший исследование, добавил: «Для большинства материалов для солнечных элементов снижение производительности обусловлено дефектами на поверхности материала, но с этими оксидными материалами все наоборот: поверхность в основном гладкая, но что-то в объеме приводит к потерям. Это означает, что способ выращивания кристаллов имеет решающее значение для их производительности».
Для того чтобы конкурировать с существующими фотоэлектрическими материалами, оксиды меди(I) должны быть оптимизированы для эффективного генерирования и передачи электрических зарядов, состоящих из электронно-дырочной пары, которая приобретает положительный заряд при воздействии солнечного света.
Будущие направления и их последствия
- Одним из потенциальных подходов к оптимизации является использовать монокристаллические тонкие пленки которые представляют собой тонкие пластины материала с высокоорганизованной кристаллической структурой, используемые в электротехнических приложениях. Однако обычное производство этих пленок часто является сложным и трудоемким.
- Исследователи успешно получены высококачественные пленки оксида меди при атмосферном давлении и комнатной температуре с помощью методов осаждения тонкой пленки. Они смогли сместить кристаллы в определенную ориентацию, тщательно контролируя рост и скорость потока в камере осаждения. Используя спектроскопические методы с высоким временным разрешением, они обнаружили, как ориентация кристалла изменила эффективность потока электрического заряда внутри материала.
Доктор Пан добавил: «Эти кристаллы представляют собой, по сути, кубы, и мы обнаружили, что когда электроны движутся внутри куба по объемной диагонали, а не вдоль грани или ребра куба, они перемещаются на порядок дальше. Чем дальше перемещаются электроны, тем лучше их характеристики».
- Эксперименты на фотокатоде из оксида меди, созданном с использованием этой технологии продемонстрировали рост производительности более чем на 70% по сравнению с текущим электроосажденным оксидным фотокатодом.
Профессор Стрэнкс также заявил: «В этом диагональном направлении в этих материалах есть что-то волшебное. Нам необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы полностью понять, почему это происходит, и оптимизировать этот процесс, но пока это привело к огромному скачку в производительности».
«Помимо улучшения характеристик, мы обнаружили, что ориентация делает пленки гораздо более стабильными, но здесь могут играть роль факторы, выходящие за рамки основных свойств», — добавил доктор Пан.
- Исследователи отмечают, что, несмотря на предыдущие достижения, необходимы дополнительные исследования и разработки. Тем не менее, они подчеркнуть потенциальную важность этого и других материальных семейств в содействии продолжающемуся переходу к устойчивым источникам энергии.
В заключение профессор Стрэнкс подчеркнул: «Впереди еще долгий путь, но мы движемся в захватывающем направлении. Эти материалы открывают перед нами множество интересных научных возможностей, и мне интересно связать физику этих материалов с их ростом, процессом формирования и, в конечном итоге, их характеристиками».
Источник : Простая «доработка» улучшает работу двигателя, использующего экологически чистое топливо.
