Tối ưu hóa năng lượng ánh sáng: Giảm thiểu vật liệu sử dụng hiệu quả hơn!

[Derpy]

Các nhà nghiên cứu từ Khoa Hóa học, Đại học Quốc gia Đài Loan vừa công bố một phương pháp tổng hợp mới để tạo ra các điện cực quang cực mỏng, cho phép một lớp nitride tantalum dày chỉ 100 nm có thể hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với các lớp phim dày hơn được chế tạo bằng các precursors oxit truyền thống. Trong quá trình tìm kiếm các giải pháp năng lượng bền vững, việc tách nước qua quang điện hóa là một con đường hứa hẹn để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu hydro. Trong số các vật liệu bán dẫn được nghiên cứu cho mục đích này, nitride tantalum (Ta3N5) nổi bật nhờ vào băng tần lý tưởng và khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy mạnh mẽ. Tuy nhiên, ứng dụng thực tiễn của nó đã bị hạn chế bởi các tính chất vận chuyển điện tích kém, thường yêu cầu các lớp phim dày và số lượng lớn tantalum - một kim loại hiếm và đắt tiền.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Small, các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Đài Loan đã báo cáo một chiến lược mới để chế tạo các điện cực quang cực Ta3N5 hiệu quả bằng cách sử dụng một lớp precursor được kỹ thuật hóa học, đó là bậc bixbyite Ta2N3. Khác với các phương pháp tổng hợp truyền thống, cách tiếp cận này cho phép hình thành các lớp phim Ta3N5 siêu mỏng, hiệu suất cao trên nền silicon trong khi giảm đáng kể lượng tantalum sử dụng. Các điện cực quang cực thu được thể hiện sự tách biệt điện tích cải tiến và tăng cường khả năng tạo ra dòng điện quang, đạt được các mức hiệu suất mà trước đây chỉ có thể đạt được với các lớp phim dày hơn nhiều.

Theo Chang-Ming Jiang, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu này, "Ta2N3 là một vật liệu không ổn định, nghĩa là nó dễ dàng chuyển đổi thành Ta3N5, một nitride bán dẫn thường được sử dụng trong các hệ thống chuyển đổi năng lượng ánh sáng". Ông cũng cho biết: "Việc sử dụng Ta2N3 làm precursor cũng tạo ra một lượng nhỏ các tạp chất subnitride tại giao diện với silicon. Những pha tạp chất này có tính dẫn điện cao và có lợi cho việc chiết xuất các hạt mang điện được tạo ra từ Ta3N5."

Thông qua sự kết hợp của các đặc trưng cấu trúc, quang học và điện hóa, nghiên cứu này đã chỉ ra cách thức kỹ thuật giao diện giữa Ta3N5 và silicon có thể vượt qua những hạn chế lâu dài trong vận chuyển hạt mang điện. Sự tiến bộ này mở ra những hướng đi mới cho việc sản xuất hydro bằng năng lượng mặt trời quy mô lớn với chi phí vật liệu thấp hơn và hiệu suất cải thiện. Công trình không chỉ làm sâu sắc thêm hiểu biết về giao diện của các vật liệu bán dẫn nitride mà còn cung cấp một chiến lược có thể áp dụng rộng rãi cho việc thiết kế các điện cực quang cực thế hệ tiếp theo.

Nguồn tham khảo: https://techxplore.com/news/2025-08-material-usage-driven-energy-conversion.html