东京工业大学和金泽大学的研究团队开发了一种环保型设备

2019-10-10 09:37:24

东京工业大学(Tokyo Tech)和金泽大学的研究团队开发了一种环保型设备,该设备利用太阳能高效催化电化学氧化反应。由于当前的环境危机以及避免不可再生能源(化石燃料)的必要性,绿色能源成为全球研究的热点。数十年来,研究人员一直在寻找利用和收集太阳能的方法,将光能转化为电能的光伏设备的需求量很大。

自从石油价格引起的经济冲击之后,它们在1970年代引起人们的兴趣以来,对这些设备的研究有了很大进展。尽管大多数进步是基于硅的太阳能电池取得的,但科学家已经证明有机光伏器件也可以达到可接受的性能。使用有机材料是有利的,因为与硅工艺不同,它们可作为环境友好的工艺进行印刷和涂漆。有机材料也多种多样,可以针对每种特定应用量身定制。

有机光伏太阳能电池由夹在两个不同电极(透明前电极和后电极)之间的“活性层”组成。主动层是魔术的起点。入射光的光子通过碰撞将能量转移到材料的电子上,使它们激发并使其运动,从而留下带正电的伪粒子,称为“空穴”。这些在技术上不存在,但是可以用来大致描述材料的电性能。电极的重要性在于,每个电极必须收集一种类型的这些带电粒子(一个收集空穴,另一个电子)以防止它们在活性层中复合。电子流过连接到两个电极的外部电路,

然而,挑战在于在电极处收集大量电子和空穴并且高效地将光转换成电。一些研究人员提出,在活性层附近的化学反应中直接使用产生的空穴或电子将是有益的。因此,由东京工业大学的Nai的Keiji Nagai博士和金泽大学的一个研究小组提出了一种有机光电化学装置的简单制造程序,该装置可以收集太阳能来促进化学氧化反应。

他们的方法始于传统的有机光伏器件,该器件易于制造且特性众所周知,并从机械上去除了收集空穴的背面电极。暴露的活性层涂有ZnPc,并浸入硫醇中。入射光产生的空穴直接用于硫醇氧化,该氧化被ZnPc层催化(促进)。被激发的电子通过剩余的前电极流出,产生电流。

制造方法的简单性和优点以及在收集光能时测得的效率非常有前途。永井博士解释说:“去除后电极是一种有前景且可重复的技术,可用于构建特征明确的光电化学电池。” 研究人员还研究了涂有ZnPc的活性层的形貌和电化学性质,以阐明其催化活性的原理。金泽大学的高桥博士说:“在我们的分析中清楚地观察到了ZnPc涂层的作用,其中包括光生空穴的有效积累。” 诸如拟议中的设备之类的环保设备提供了更多从阳光中收集能量的方法,并使我们更接近绿色未来。

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