Napenergia hasznosításra alkalmas rendszerek
Kutatásunk fókuszában három különböző rendszer áll, amelyek mindegyike a napot használja energiaforrásként: vékonyréteg napelemek, fotoelektródák vízbontáshoz, illetve olyan fotoelektrokémiai rendszerek, amelyek zöld hidrogén és értéknövelt kémiai vegyületek párhuzamos előállítására képesek.
Munkánk célja ezen eszközök működési mechanizmusának és a veszteségi folyamatoknak a megértése, hogy javítsuk azok hatékonyságát és stabilitását.
Vékonyréteg napelemek
A következő generációs vékonyréteg (perovszkit) napelemek fejlesztésével a napenergia olcsó, a Földön nagy mennyiségben elérhető és nyomtatható anyagok felhasználásával alakítható át elektromos energiává. Kutatásunk célja a veszteségek megértése és minimalizálása a folyamat különböző szakaszaiban:
(1) szabad töltéshordozók generálása fényelnyelés révén,
(2) fotogenerált töltéshordozók transzportja,
(3) töltések külső áramkörbe való kivonása.
Fotoelektrokémiai vízbontás
Fotoelektródáink lehetővé teszik a napenergia közvetlen átalakítását és tárolását vízbontással létrehozott hidrogén formájában. Ezt a folyamatot 'fotoelektrokémiai vízbontásnak' nevezik. A napelemekkel ellentétben a fotoelektródák esetében szükség van egy többfunkciós katalitikus tulajdonsággal is rendelkező rétegre a fotoelektróda / elektrolit határfelületen. Ez a réteg megvédi a félvezető anyagokat a víz által okozott károsodástól, és hatékonyan elősegíti a kémiai reakciót. Célunk a különböző veszteségek és a degradáció csökkentése a vékony rétegekben, valamint azok határfelületein egymással és az elektrolittal, hogy végül növeljük az eszköz hatékonyságát és stabilitását
Fotoelektrokémiai rendszerek hidrogén és értéknövelt vegyszerek párhuzamos előállítására
Fotoelektrokémiai rendszereink képesek csupán napenergiát felhasználva bőségesen rendelkezésre álló szerves hulladékanyagokat (pl. biomassza, műanyagok) értéknövelt oxidációs termékekké alakítani, az alacsony piaci értékű oxigén helyett, miközben zöld hidrogént is előállítanak. Kutatásunk célja, hogy költséghatékony módon, nagy mennyiségben elérhető anyagok alkalmazásával, értéknövelt termékek és a hidrogén egyidejű előállítását érjük el kizárólag napenergiát felhasználva. Munkánk középpontjában a fotoaktív (perovszkit) réteg és a katalizátor tulajdonságainak fejlesztése, valamint a teljes rendszer fejlesztése áll, hogy magasabb fotoelektrokémiai teljesítményt érjünk el.
Napanergia hasznosításra alkalmas anyagok
Napenergia hasznosításra alkalmas rendszereink elsősorban félvezető vékonyrétegekből (oxid-, szerves-, perovszkit- és polimerrétegek) állnak, amelyeket oldatból történő vékonyréteg-leválasztási módszerrel készítünk, valamint rendkívül vezető rétegekből (például nyomtatott szén, grafit vagy fém rétegek).
Ezeknek a rendszereknek a középpontjában a fotoaktív vékonyréteg áll, amely a napenergia elnyeléséért felelős. Fotoaktív anyagként különböző összetételű fém-halogenid perovszkitokat vagy változatos kémiai szerkezetű szerves félvezetőket alkalmazunk.
Kutatásunk egyik kulcseleme ezeknek az anyagoknak és kompozit rétegeiknek az előállítása és alapvető jellemzése a kristályszerkezet, kémiai összetétel, morfológia, optoelektronikai és elektrokémiai tulajdonságok, valamint energiaszintek szempontjából, a legmodernebb technikák széles skálájának alkalmazásával.
Fém-halogenid perovszkit fotoaktív anyagok
A fém-halogenid perovszkit félvezetők nagy tudományos érdeklődést keltettek, mivel a Földön bőségesen előforduló elemekből állnak, kiváló optoelektronikai tulajdonságokkal rendelkeznek (többek között nagy abszorpciós együttható, nagy töltéshordozó-mobilitás és az elektronikai hibákkal szembeni tolerancia), oldatból történő feldolgozhatóságuk lehetővé teszi a nagyléptékű gyártást, valamint hangolható optikai és elektronikai tulajdonságokkal bírnak.