Zonnecellen van ruim voorradige grondstoffen blijven wekenlang waterstof produceren

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.

De bevindingen door onderzoekers van de universiteit van Cambridge en academici aan het Imperial College London, zouden kunnen helpen een van de belangrijkste problemen bij de productie van zonnebrandstof te overwinnen, waar de huidige overvloedig beschikbare lichtabsorberende materialen tekort schieten in prestaties of stabiliteit.

Er zijn al veel lichtabsorberende materialen getest bij de productie van groene waterstof, maar de meeste worden snel afgebroken wanneer ze in water worden ondergedompeld. Perovskieten zijn bijvoorbeeld de snelstgroeiende materialen in termen van efficiëntie bij het oogsten van licht, maar zijn onstabiel in water en bevatten lood. Dit brengt een risico op lekkage met zich mee.

Bismut oxyjodide (BiOI) is een niet-toxisch halfgeleideralternatief met een slechte stabiliteit in water. Maar op basis van eerdere bevindingen over het potentieel van BiOI, besloten onderzoekers de belofte van dit materiaal voor de productie van groene waterstof opnieuw te bekijken.

Robert Hoye (Imperial College): "Bismut-oxyjodide is een fascinerend fotoactief materiaal met energieniveaus op de juiste posities voor het splitsen van water. Een paar jaar geleden hebben we aangetoond dat BiOI-zonnecellen stabieler zijn dan die met ultramoderne perovskiet-lichtabsorbers. We wilden kijken of we die stabiliteit kunnen vertalen naar groene waterstofproductie."

Reddend roest

Het team heeft de stabiliteit van de BiOI vergroot door het tussen twee oxidelagen te plaatsen. De robuuste, op oxide gebaseerde apparaatstructuur werd verder gecoat met een waterafstotende grafietpasta, die vochtinfiltratie verhinderde. Dit verlengde de stabiliteit van de bismut oxyjodide lichtabsorberende pixels van minuten tot een paar maanden, inclusief de tijd dat de apparaten in de opslag lagen.

Klein is beter dan groot

Ze ontdekten verder dat apparaten die uit meerdere kleinere lichtoogstgebieden bestaan ​​(‘pixels’ genoemd) beter preseerden dan conventionele apparaten met een enkele grotere pixel van dezelfde totale grootte. Deze bevinding zou de opschaling van nieuwe lichte oogstmachines veel gemakkelijker en sneller kunnen maken voor duurzame brandstofproductie.

Virgil Andrei (Cambridge): "Als sommige pixels defect waren, konden we ze loskoppelen, zodat ze de rest niet beïnvloeden. Dit betekende dat we de prestaties van de kleine pixels op een groter gebied konden volhouden." Door deze verbeterde prestaties kon het apparaat niet alleen waterstof produceren, maar ook CO₂ reduceren tot synthesegas, een belangrijk tussenproduct in de industriële synthese van chemicaliën en farmaceutica.