افزایش کارایی پیل‌های خورشیدی با نانو فتوکاتالیست جدید

فتوکاتالیست‌ها با استفاده از نور خورشید می‌توانند انرژی تولید کنند؛ از این رو جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی هستند. در طول چند سال گذشته، حساس‌سازی با نانوذرات فلزی موجب شده تا باندگپ مواد نیمه‌هادی افزایش یافته و با این کار مواد فتوکاتالیستی مناسبی ایجاد شود.

بیشتر فتوکاتالیست‌های موجود مبتنی بر ایریدیم و روتنیوم هستند که با کمپلکس‌های آلی فلزی که تنها بخشی از طول موج نور را جذب می‌کنند ترکیب شده‌اند؛ بنابراین کارایی کمی دارند. دانیل گومز از آزمایشگاه پلاریتونیکس دانشگاه RMIT می‌گوید: « هر چند نور جذب شده یکی از عوامل مهم در فعالیت فتوکاتالیست‌هاست، اما بیشتر فتوکاتالیست‌های رایج جذب نور کمی دارند؛ بنابراین باید تابش با شدت بالا انجام شود.»

مقاله‌ای با عنوان “Hot-Carrier Organic Synthesis via the Near-Perfect Absorption of Light” در نشریه‌ی ACS Catalysis به‌ چاپ رسیده‌است که در آن گومز و همکارانش روش ساخت شبه مواد پلاسمونیک جدیدی را تشریح کردند که می‌تواند تقریباً 100درصد نور برخوردی را جذب کند.

نانو فتوکاتالیست‌ جدید

پژوهشگران در این فتوکاتالیست از نانوذرات طلا و اکسید تیتانیوم به‌عنوان لایه‌ی‌ ایجادکننده‌ی فضا و از یک فیلم طلا به‌عنوان لایه‌ی انعکاس‌دهنده استفاده کردند. سطح تماس نانوذرات طلا با اکسیدتیتانیوم به‌عنوان منطقه‌ی نقص شوتکی عمل می‌کند که در آن الکترون‌های داغ قادر به نشر نور هستند. در این ساختار الکترون‌ها در اکسید تیتانیوم و حفره‌ها در طلا قرار دارند.

این ماده می‌تواند به‌عنوان برگ مصنوعی عمل کند؛ به‌طوری که اگر درون مخزنی حاوی مواد شیمیایی قرار گیرد، درصورت تابش نور خورشید می‌تواند موجب فرآیندی شده و محصول شیمیایی پدید آورد. در این برگ مصنوعی که مشتکل از نانوذرات، مواد نیمه‌هادی و لایه‌ انعکاس‌دهنده است، جذب تقریباً 94درصدی فوتون‌ها انجام می‌شود. با این مقدار جذب، کارایی نسبت به فناوری رایجی که در آن تنها نانوذرات و نیمه‌هادی وجود دارد، 29 برابر افزایش یافته است.