Исследования возможностей сокращения зависимости человеческой цивилизации от ископаемого топлива ведутся в нескольких перспективных направлениях. Ученые в том числе сосредоточили свои усилия и на поиске более эффективного метода получения газообразного водородного топлива с использованием солнечной энергии для расщепления воды, которой на Земле немало, на ее компоненты — водород и кислород.
Недавно в журнале Nature Energy была опубликована статья, ведущим автором которой является профессор-ассистент Йон Ян (Yong Yan) из Технологического института Нью-Джерси, в которой сообщается о значительном прогрессе в направлении достижения данной цели.
Йон Ян со своими коллегами из Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии, Горного университета Колорадо и Университета штата Калифорния в Сан-Диего использовали для повышения эффективности получения газообразного водорода с применением солнечной энергии технологию фотоэлектрохимических ячеек на основе квантовых точек. Квантовая эффективность в ходе проведенных исследователями экспериментов достигала 114%.
Квантовые точки — полупроводниковые частицы очень маленького размера, составляющего всего несколько нанометров (1 нанометр = одной миллиардной доле метра). В описанном исследователями устройстве такие привычные полупроводниковые материалы, как кремний и селенид меди-индия-галлия заменены сульфидными квантовыми точками. Преимуществом нового фотоэлектрохимического устройства является его потенциальная способность к преобразованию более широкой части солнечного спектра в полезную энергию.
Устройство, согласно его описанию, поглощая один солнечный фотон, способно производить два или даже более электрона, что становится возможным благодаря процессу, называемому «множественным экситонным воспроизведением» (multiple exciton generation, MEG). Усилия большинства ученых направлены на то, чтобы максимально приблизиться к 100-процентному показателю эффективности процесса, в то время как в рамках рассматриваемого исследования этот уровень удалось даже превзойти. Это показывает, что конструкция на основе фотоэлектрохимических ячеек, описанная исследователями, по показателю квантового выхода намного превосходит эффективность солнечных ячеек на квантовых точках.
Йон Ян полагает, что созданное фотоэлектрохимическое устройство на квантовых точках является важной разработкой, которое является плодом его долговременного интереса к возобновляемым источникам энергии, в особенности — к новым способам применения солнечной энергии.
По его мнению, полученный результат открывает возможность в будущем генерировать больше энергии с использованием более эффективно использующего солнечную энергию подхода. Более того, он полагает, что новая разработка может привести к фундаментальным изменениям в общем прогрессе технологий производства водородного топлива.
Сейчас уже существует возможность получения водородного топлива с использованием обычной, вырабатываемой потребляющими ископаемое топливо электростанциями, электрической энергии. Но рассмотренный первый шаг со столь высокой квантовой эффективностью применения солнечной энергии для получения водорода, делает потенциально возможным прогресс в направлении более экологически чистого способа производства водородного топлива. Ранее уже сообщалось о решении ряда крупнейших компаний инвестировать в развитие и продвижение водородной энергетики почти 11 миллиардов долларов США.