НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ
На пути к искусственному фотосинтезу: ячейка Грацеля
Д. Тинли[59]
На рис. 9.1 представлены два подхода к созданию искусственных систем фотосинтеза, в которых матрица коллекторов собирает свет и передает энергию воз-
|
І 11 -11 іпафеншіен-виншіен V І ——— * |
|
Нанокристаллы CdSeH.':"- |
Cd(H3)2+Se в матрице Bu3P
Юксидтриок - |тилфосфина s |при 350° С 1
|
|
|
Нанокристаллы, \ |
ГИуГ-ї** \ *
Магний
|
Жидкий электролит Частицы Ті02 (100-300 А) |
|
Адсорбированные молекулы красителя |
|
Прозрачный Противоэлектрод (ТСО) |
|
Рис. 9.1. Две концепции прямого преобразования солнечной энергии (в электрическую или химическую) с использованием наноматериалов. а — светоизлучающий диод на нанокристаллах CdSe с зависящим от напряжения спектром излучения в проводящей матрице из органического вещества; б—фотохимическая ячейка Грацеля с оптическим возбуждением заряженных молекул красителя. |
|
Av-nA/S»- |
Буждения в единый реакционный центр, где она преобразуется в запасаемую химическую энергию. Пока не существует эффективной системы «сбора» светового потока, однако новые композитные структуры, возможно, позволят решить эту проблему.
На рис. 9.1, а показана схема солнечной батареи, разработанной Аливиса - тосом и др. [51, 52] в Лаборатории им. Лоуренса в Беркли. В этом устройстве (использование устройства как светоизлучающего диода соответствует обращению функций солнечной батареи) поглощающие или излучающие наночастицы из CdSe помещены в проводящую матрицу из органического вещества. Между двумя плоскостями батареи (задняя металлизирована, передняя прозрачна) приложено внешнее поле, под действием которого электронно-дыроч - ные пары (образующиеся при поглощении света наночастицей) разделяются на составляющие (электроны и дырки), которые начинают двигаться к соответствующим полюсам и создают в устройстве электрический ток. В принципе, такая схема позволяет также осуществлять перенос энергии возбуждения между поглощающими наночастицами.
На рис. 9.1, б показана ячейка Грацеля, изучаемая в настоящее время во многих лабораториях [53]. В ней оптически возбужденная молекула красителя передает отрицательный заряд наночастице ТЮ2, в результате чего происходит фотоокисление обратимой пары в растворе. Эффективность преобразования солнечной энергии ячейками этого типа составляет около 10%, и они проявляют значительную стабильность.
В обоих рассмотренных процессах появление электрического тока связано с использованием наноматериалов, которые обеспечивают поглощение света, генерацию носителей заряда и их разделение. Перспективы практического использования таких устройств зависят от успехов в конструировании наноструктурных материалов.
