Wat als we zonlicht en water in brandstof zouden kunnen veranderen? Dat is het idee achter bepaalde soorten zonnecellen. Bekend als kleurstofgevoelige foto-elektrochemische cellen, deze apparaten gebruiken de energie uit zonlicht om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Waterstof zelf kan worden gebruikt als brandstof, of het kan worden gebruikt om andere soorten brandstoffen te maken. Het probleem? De omstandigheden die nodig zijn om water te splitsen, hebben de neiging de zonnecel te beschadigen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een stabielere kleurstof-gesensibiliseerde foto-elektrochemische cel ontworpen.

Deze studie introduceert een nieuw ontwerp voor een stabieler, efficiëntere watersplitsende zonnecel. Bij het maken van het ontwerp, het team deed ontdekkingen over een belangrijk onderdeel van de cel. specifiek, ze hebben een beter zicht op wat er gebeurt als het materiaal dat elektronen uit zonlicht haalt, het materiaal ontmoet dat water splitst om brandstof te produceren. Vervolgonderzoek op basis van dit en andere onderzoeken zou de deur kunnen openen naar efficiënte en stabiele apparaten die brandstof maken uit zonlicht.

Groene bladplanten zetten zonlicht gemakkelijk om in energierijke brandstoffen. Conventionele zonnecellen niet. Waarom niet? Een belangrijke reactie, water splitsen in zuurstof en waterstof, komt alleen voor onder zware omstandigheden die de materialen van de cel beschadigen. specifiek, watersplitsing vindt plaats onder sterk oxiderende omstandigheden (hetzelfde soort omstandigheden dat ijzer doet roesten). Onderzoekers ontwierpen een kleurstofgevoelige zonnecel die bestand is tegen deze zware omstandigheden. Het vertoont een goede stroomdichtheid en is stabieler dan zijn voorgangers. In het nieuwe ontwerp is het team bedekte de moleculaire componenten van de vaste-stofcel met een dunne (2 nanometer) titaniumdioxidelaag.

Aanvankelijk, de coating belemmerde de prestaties van de cel een beetje. Om het prestatieverlies te compenseren, het team ontkoppelde de kleurstof van de vaste-oplossing-interface. Deze verandering maakt het gebruik van kleurstoffen mogelijk die meer licht absorberen (werkend in het zichtbare bereik). Ook, het laat wetenschappers de pH optimaliseren om water efficiënter te splitsen. Dit onderzoek is een belangrijke stap voorwaarts in door zonne-energie aangedreven watersplitsing. Het ontwerp maakt gebruik van de wetenschap die de afgelopen twee decennia is ontwikkeld binnen het Solar Photochemistry-programma van het Department of Energy en gerelateerde Energy Frontier Research Centres.