Los científicos han desarrollado un fotoelectrodo que puede recolectar el 85 por ciento de la luz visible en una capa semiconductora delgada de 30 nanómetros entre capas doradas, convirtiendo la energía de la luz 11 veces más eficientemente que los métodos anteriores.
En la búsqueda de lograr una sociedad sostenible, existe una demanda cada vez mayor de desarrollar células solares revolucionarias o sistemas de fotosíntesis artificial que utilicen la energía de luz visible del sol mientras usan la menor cantidad de materiales posible.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor Hiroaki Misawa del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido, ha estado buscando desarrollar un fotoelectrodo que pueda captar la luz visible en un amplio rango espectral mediante el uso de nanopartículas de oro cargadas en un semiconductor. Pero simplementela aplicación de una capa de nanopartículas de oro no condujo a una cantidad suficiente de absorción de luz, porque tomaron la luz con un rango espectral estrecho.
En el estudio publicado en Nanotecnología de la naturaleza , el equipo de investigación interpuso un semiconductor, una película delgada de dióxido de titanio de 30 nanómetros, entre una película de oro de 100 nanómetros y nanopartículas de oro para mejorar la absorción de la luz. Cuando el sistema es irradiado por la luz del lado de nanopartículas de oro, el oroLa película funcionaba como un espejo, atrapando la luz en una cavidad entre dos capas de oro y ayudando a las nanopartículas a absorber más luz.
Para su sorpresa, más del 85 por ciento de toda la luz visible fue recolectada por el fotoelectrodo, que era mucho más eficiente que los métodos anteriores. Se sabe que las nanopartículas de oro exhiben un fenómeno llamado resonancia de plasmón localizada que absorbe una determinada longitud de onda de la luz ".Nuestro fotoelectrodo creó con éxito una nueva condición en la que el plasmón y la luz visible atrapada en la capa de óxido de titanio interactúan fuertemente, permitiendo que la luz con una amplia gama de longitudes de onda sea absorbida por las nanopartículas de oro ", dice Hiroaki Misawa.
Cuando las nanopartículas de oro absorben la luz, la energía adicional desencadena la excitación de electrones en el oro, que transfiere electrones al semiconductor. "La eficiencia de conversión de energía de la luz es 11 veces mayor que las que no tienen funciones de captura de luz", explicó Misawa. La eficiencia aumentadaTambién condujo a una mejor división del agua: los electrones redujeron los iones de hidrógeno a hidrógeno, mientras que los agujeros de electrones restantes oxidaron el agua para producir oxígeno, un proceso prometedor para producir energía limpia.
"Utilizando cantidades muy pequeñas de material, este fotoelectrodo permite una conversión eficiente de la luz solar en energía renovable, contribuyendo aún más a la realización de una sociedad sostenible", concluyeron los investigadores.
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Materiales proporcionado por Universidad de Hokkaido . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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