روشی برای بهبود فرآیند فتوسنتز مصنوعی

تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی‌های قابل استفاده کاری چالش برانگیز است. یکی از روش‌های موجود، استفاده از نیمه‌هادی‌ها برای ذخیره این انرژی به‌صورت هیدروژن است.

 تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی‌های قابل استفاده کاری چالش برانگیز است. یکی
از روش‌های موجود، استفاده از نیمه‌هادی‌ها برای ذخیره این انرژی به‌صورت هیدروژن
است. متاسفانه بیشتر نیمه‌هادی‌ها از پایداری مناسبی برخوردار نیستند. یک تیم
تحقیقاتی از EPFL دریافته است که می‌توان نیمه‌هادی‌ها را با استفاده از یک لایه
یکنواخت به ضخامت چند نانومتر پوشش داد و محافظت نمود.

با این کشف می‌توان سلول‌های فتوالکتروشیمیایی را بهبود داد. همانطوری که گیاهان با
استفاده از پدیده فتوسنتز، نور خورشید را به انرژی تبدیل می‌کنند، این سلول‌ها نیز
می‌توانند نور خورشید را گرفته و با انجام یک واکنش شیمیایی، از آب هیدروژن تولید
کنند. این روش نیازمند استفاده از نیمه رسانای فوق العاده حساس به نور مانند اکسید
مس است تا با استفاده از این مواد جریان لازم به‌عنوان سوخت واکنش فراهم آید. هرچند
که این ماده گران‌قیمت نیست اما در مجاورت نور و در معرض آب، اکسید مس پایداری
زیادی ندارد.

ادریان پاراچینو و الیجاح تیمسن، در مقاله‌ای که در شماره ۲۳ می نشریه Nature
Materials به چاپ رساندند، نشان دادند که این مشکل می‌تواند با ایجاد پوششی به
ضخامت بسیار کم روی این اکسید مس که با استفاده از روش رسوب لایه اتمی (ALD) انجام
می‌پذیرد، حل شود. در این پروژه که تحت نظارت مایکل گراتزل در بخش فتونیک واینترفیس
EPFL انجام شده است، دو محقق فوق الذکر موفق شدند با ترکیب روش‌هایی که در مقیاس
صنعتی استفاده می‌شود، این مشکل را حل کرده و هیدروژن تولید کنند. با این روش،
اکسید مس می‌تواند به شکل ساده و موثری از گزند تماس با آب محفوظ مانده و بتواند به‌عنوان
یک نیمه‌هادی فعالیت داشته باشد. این روش مزیت‌های متعددی دارد، برای مثال، اکسید
مس بسیار فراوان و ارزان قیمت است، لایه محافظ کاملا غیر قابل نفوذی است، زبری سطح
اهمیتی ندارد، این فرآیند به‌راحتی قابل تعمیم به مقیاس صنعتی است.

محققان این پروژه، در این کار تحقیقاتی با رشد لایه‌های اکسید روی و اکسید تیتانیوم،
به ضخامت یک اتم در هر مرتبه پوشش دهی، روی سطح اکسید مس، لایه محافظ را ایجاد
کردند. با استفاده از روش ALD آنها می‌توانند ضخامت لایه محافظ را با دقت یک اتم
روی سطح ایجاد کنند. چنین دقتی، پایداری نیمه‌هادی را در طول فرآیند تولید هیدروژن
ضمانت می‌کند. گام بعدی در این پروژه آن است که خواص الکتریکی لایه محافظ بهبود
یابد. با استفاده از مواد و روش‌های مختلف می‌توان این پروژه را توسعه داد.