Een onderzoeksteam van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) en Kanazawa University heeft een milieuvriendelijk apparaat ontwikkeld dat zonne-energie gebruikt om een ​​elektrochemische oxidatiereactie met hoge efficiëntie te katalyseren.

Groene energiebronnen vormen wereldwijd een hot onderzoeksveld vanwege de huidige milieucrisis en de noodzaak om niet-hernieuwbare energie (fossiele brandstoffen) te vermijden. Onderzoekers zijn al tientallen jaren op zoek naar manieren om zonne-energie te benutten en te oogsten, en fotovoltaïsche apparaten, die licht omzetten in elektriciteit, zijn veel gevraagd.

De studie van deze apparaten is gevorderd sinds de jaren 1970, na de economische schokken veroorzaakt door de olieprijzen. Hoewel de meeste vooruitgang werd geboekt voor zonnecellen op basis van silicium, wetenschappers hebben aangetoond dat organische fotovoltaïsche apparaten ook acceptabele prestaties kunnen leveren. Het gebruik van organische materialen is voordelig omdat ze bedrukbaar en overschilderbaar zijn als milieuvriendelijke processen, in tegenstelling tot siliciumprocessen. Organische materialen zijn er ook in grote verscheidenheid, waardoor het mogelijk is om ze voor elke specifieke toepassing op maat te maken.

Organische fotovoltaïsche zonnecellen bestaan ​​uit een "actieve laag" die is ingeklemd tussen twee verschillende elektroden (een transparante voorelektrode en een achterelektrode). De actieve laag is waar de magie begint; de energie van de fotonen van het invallende licht wordt via botsingen overgedragen op de elektronen van het materiaal, ze te prikkelen en in beweging te zetten, positief geladen pseudo-deeltjes achterlatend die bekend staan ​​als "gaten". Deze bestaan ​​technisch niet, maar kan worden gebruikt om het elektrische gedrag van het materiaal bij benadering te beschrijven. Het belang van de elektroden ligt in het feit dat elk één type van deze geladen deeltjes moet verzamelen (één verzamelt gaten, en de andere elektronen) om te voorkomen dat ze recombineren in de actieve laag. De elektronen stromen door een extern circuit dat is verbonden met beide elektroden, elektriciteit opwekken uit licht.

Echter, het is een uitdaging om grote aantallen elektronen en gaten bij de elektroden te verzamelen en licht met een hoog rendement om te zetten in elektriciteit. Sommige onderzoekers hebben voorgesteld om de gegenereerde gaten of elektronen direct te gebruiken in chemische reacties in de buurt van de actieve laag. dus gemotiveerd, een onderzoeksteam, waaronder Dr. Keiji Nagai van Tokyo Tech en Kanazawa University, stelde een eenvoudige fabricageprocedure voor voor een organisch foto-elektrochemisch apparaat dat zonne-energie kan oogsten om een ​​chemische oxidatiereactie te bevorderen.

Hun aanpak begint met een conventioneel organisch fotovoltaïsch apparaat, die gemakkelijk kunnen worden vervaardigd en waarvan de kenmerken algemeen bekend zijn, en het mechanisch verwijderen van de achterelektrode waar gaten zijn verzameld. De blootgestelde actieve laag is bedekt met ZnPc en ondergedompeld in thiol, zoals weergegeven in Fig. 1. De gaten die door het invallende licht worden gegenereerd, worden direct gebruikt voor thioloxidatie, die wordt gekatalyseerd (gefaciliteerd) door de ZnPc-laag. De geëxciteerde elektronen stromen door de resterende voorelektrode, het opwekken van een elektrische stroom.

De eenvoud en voordelen van de fabricagebenadering en de gemeten efficiëntie bij het oogsten van lichtenergie zijn veelbelovend. "Het verwijderen van de achterelektrode is een veelbelovende en herhaalbare techniek voor het construeren van een goed gekarakteriseerde foto-elektrochemische cel, " legt Dr. Nagai uit. De onderzoekers bestudeerden ook de topografische en elektrochemische eigenschappen van de actieve laag bedekt met ZnPc om de principes van zijn katalytische activiteit op te helderen. "De effecten van de ZnPc-coating werden duidelijk waargenomen in onze analyses en bestaan ​​uit de effectieve accumulatie van fotogegenereerde gaten, " zegt Dr. Takahashi van Kanazawa University. Milieuvriendelijke apparaten zoals de voorgestelde bieden meer manieren om energie van de zon te oogsten en ons dichter bij een groenere toekomst te brengen.