Güneş Hidrojeni: α-SnWO4’ten Yapılan Fotoanotlar Yüksek Verimlilik Vaat Ediyor
Fotoğraf : 20 nm NiOx (yeşil) ile kaplanmış bir α-SnWO4 filminin (pembe) TEM-Görüntüsü.α-SnWO4 ve NiOx arayüzünde ek bir arayüz tabakası gözlemlenebilir.
Metal oksitlerden yapılan fotoanotlar, güneş ışığı ile hidrojen üretimi için uygun bir çözüm olarak kabul edilir. α-SnWO4, güneş ışığı ile fotoelektrokimyasal su bölünmesi için optimum elektronik özelliklere sahiptir, ancak kolayca aşınabilme özelliğine sahiptir. Koruyucu nikel oksit katmanları korozyonu önler ancak foto gerilimi azaltır ve verimliliği sınırlar. HZB’deki bir ekip, (Berlin, Almanya’da bir araştırma enstitüsü) BESSY II’de fotoanot ve koruyucu katman arasındaki arayüzde neler olduğunu araştırdı. Teorik yöntemlerle birleştirildiğinde, ölçüm verileri, fotoanodun verimini bozan bir oksit tabakasının varlığını ortaya çıkardı.
Hidrojen, sürdürülebilir bir enerji sisteminde önemli bir faktördür. Gaz, enerjiyi kimyasal biçimde depolar ve yakıt olarak, diğer yakıtlar ve kimyasallar için bir hammadde olarak ve hatta yakıt hücrelerinde elektrik üretmek için birçok şekilde kullanılabilir. İklime zarar vermeyen bir şekilde hidrojen üretmenin bir çözümü, güneş ışığı yardımıyla suyun elektrokimyasal olarak ayrılmasıdır. Bu, ışığa maruz kaldığında bir fotovoltaj ve foto akım sağlayan ve aynı zamanda suda aşınmayan fotoelektrotlar gerektirir. Metal oksit bileşiklerinin bunun için ümit verici ön koşulları vardır. Örneğin, Bizmut vanadat (BiVO4) fotoelektrotları kullanan güneş enerjili su ayırma cihazları, günümüzde hâlihazırda malzemenin teorik maksimum olan % 9’una yakın olan ~% 8 güneşten hidrojene verimliliğe ulaşmaktadır.
α-SnWO4’te teorik limit % 20’dir
% 9’un üzerinde verimlilik elde etmek için, daha küçük bant aralığına sahip yeni malzemelere ihtiyaç vardır. Metal oksit α-SnWO4, fotoelektrokimyasal su ayırma için mükemmel şekilde uygun olan 1.9 eV’lik bir bant boşluğuna sahiptir. Teorik olarak, bu malzemeden yapılmış bir fotoanot, ışınlanmış güneş ışığının ~% 20’sini kimyasal enerjiye (hidrojen biçiminde depolanan) dönüştürebilir. Ne yazık ki bileşik, sulu bir ortamda çok hızlı bozulur.
Korozyona karşı korumanın bir bedeli vardır
İnce nikel oksit tabakaları (NiO), α-SnWO4 fotoanodu korozyondan koruyabilir, ancak aynı zamanda fotovoltajı önemli ölçüde düşürdüğü bulunmuştur. Bunun neden böyle olduğunu anlamak için HZB Güneş Yakıtları Enstitüsü’nden Dr. Fatwa Abdi liderliğindeki bir ekip, BESSY II’de α-SnWO4 / NiO arayüzünü ayrıntılı olarak analiz etti.
BESSY II’de arayüz araştırıldı
Çalışmanın ilk yazarı ve doktora öğrencisi Patrick Schnell, “BESSY II’de sert X-ışını fotoelektron spektroskopisi (HAXPES) ile farklı kalınlıklardaki NiO numunelerini inceledi ve ölçülen verileri hesaplamalar ve simülasyonlardan elde edilen sonuçlarla yorumladığına değindi. HZB’deki HI-SCORE Uluslararası Araştırma Okulundan Dr. Abdi, “Bu sonuçlar, arayüzde fotovoltajı azaltan ince bir oksit tabakasının oluştuğunu gösteriyor” diye açıklıyor.
Genel olarak çalışma, metal oksit bazlı fotoelektrotlardaki arayüzlerin karmaşık yapısına ilişkin yeni ve temel bilgiler sağlar. Abdi, “Bu bilgiler, düşük maliyetli, ölçeklenebilir metal oksit fotoelektrotların geliştirilmesi için çok yararlıdır ve α-SnWO4 bu açıdan özellikle ümit vericidir. Şu anda NiO için α-SnWO4 üzerinde, muhtemelen SnO2 olabilecek bir arayüzey oksit tabakasının oluşumuna yol açmayan alternatif bir biriktirme işlemi üzerinde çalışıyoruz. Bu başarılı olursa, α – ‘nin fotoelektrokimyasal performansının olmasını bekliyoruz. SnWO4 önemli ölçüde artacaktır. ” diyor.
Kaynak:chemeurope.com
