太阳能电池获得提升与水分解催化剂上半导体集成

科学家们已找到工程师与太阳能电池，集成的水分解催化剂原子尺度性质和结果的稳定性和人工光合作用效率大大提高。

由能源部下属的劳伦斯伯克利国家实验室 （伯克利实验室） 的研究人员领导，该项目所述本周在自然材料 （”多功能双相水分解催化剂适合高性能半导体光阳极与集成”） 》 杂志上发表一篇论文。

多功能的水分解催化剂层工程使用原子层沉积与高效率硅细胞融合的示意图。(图像︰ 伊恩 · 夏普/伯克利国家实验室)

研究出来联合中心为人工光合作用 （电），美国能源部能源创新中心成立于 2010 年开发具成本效益的方法，将阳光、 水和二氧化碳转化为燃料。电是由加州理工学院与伯克利实验室领导作为主要的伙伴。

本研究的目的是取得审慎的平衡之间的矛盾需要为有效的能量转换和化学敏感的电子组件来制定一个可行的人工光合作用系统生成清洁燃料。

适当的平衡

研究项目负责人伊恩 · 夏普，电材料一体化和界面科学研究部主管说:”为了使人工光系统要可行，我们需要能够使这一次，部署它，和它最后为 20 年或以上而不进行修复，”。

问题是，对半导体用来捕获太阳能和电源设备有害的活动的化学环境所需的人工光合作用。

“很好的保护层是密集和化学处于非活动状态。尖尖的也是伯克利实验室化学科学部工作人员的一位科学家说︰ 这是完全不一致的特点的一种高效的催化剂，有助于分解水在化学键中存储能量的光，”。”最有效的催化剂倾向于渗透并容易变换从一个阶段到另一个。这些类型的材料会通常会考虑保护电子元器件的选择不当。

由工程以原子方式精确的电影，它可以支持化学反应而不会损坏敏感半导体，研究人员设法满足人工光的矛盾需要。

研究报告主要作者金辉杨，他作为电的博士后研究员主持的工作说:”这就进入了我们的工作的关键方面”。”我们列出本催化剂变成一层保护膜，平衡这些相互竞争的属性。

做双重责任

研究人员知道他们需要一个催化剂可能不支持积极和有效的化学反应，，但也可以提供一个稳定的界面与半导体，允许从半导体，可有效地转移至地点做催化、 光的吸收产生的电荷和允许尽可能多尽可能通过光。

他们转向了一种叫做等离子体增强的原子层沉积技术，在伯克利实验室在分子铸造执行的制造技术。这种类型的薄膜沉积在半导体工业中用于制造集成电路。

杨说:”这种技术给了我们的创建复合膜，所需的精度级别”。”我们得以工程师很薄的层来保护敏感的半导体，然后以原子方式加入另一个现用图层进行催化反应，都在一个单独的进程”。

这部电影的第一层为提供一个稳定、 身体健壮的接口与吸光半导体的钴氧化物的纳米晶形成。另外一层是化学反应的材料制成的钴二。

“这种复合涂层的设计灵感领域的最新进展，有透露如何水分解反应发生，在原子尺度上，在材料上。夏普说，在这种方式，机械论的见解指导如何使有我们需要的功能特性的系统”。

使用此配置，研究人员可以光系统连续运行三天 — — 可能很长 — — 当这种系统通常会失败仅仅几秒。

杨说:”这项工作的重大影响是展示设计催化剂与半导体，集成的价值”。利用光谱和电化学方法的组合，我们展现这些影片可以作出紧凑和连续在纳米尺度上，从而尽量减少寄生的光吸收，当集成顶光敏半导体。

该研究的作者指出，虽然这是一个重要的里程碑，有很多更多的步骤，在商业上可行的人工光合系统已准备好部署之前需要。

夏普说，”一般情况下，我们需要更多地了解这些系统如何失败所以我们可以确定目标未来改进的领域”。”理解退化是一个重要的途径，让事物是数十年来稳定”。