Используя энергию солнца и ультратонкие плёнки оксида железа (более известного как ржавчина), учёные из Израильского технологического института продемонстрировали новый способ расщепления воды на водород и кислород. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Materials, вполне способны привести к появлению более дешёвых и эффективных технологий долговременного запасания солнечной энергии в форме водородного топлива.

Оксид железа (α-Fe₂O₃) представляет собой обычный полупроводящий материал, дешёвый в производстве и, в отличие от других полупроводников, таких как кремний, способный окислять воду без того, чтобы при этом окисляться или разлагаться самому. Но у любой медали есть некрасивая оборотная сторона. Ржавчина хотя и считается полупроводником, но имеет слишком низкую проводимость, которая не позволяет фотосгенерированным носителям заряда (электронам и дыркам) разойтись на достаточное расстояние и избежать бестолковой аннигиляции.

Покопавшись в законах физической оптики, израильтяне, похоже, сумели найти способ, позволяющий обойти это досадное недоразумение. Так была создана схема, в которой эффективная абсорбция света в ультратонких плёнках сопряжена с не менее действенным использованием фотосгенерированных носителей заряда.

Рис. 1. Фото Besondere.

Речь идёт о создании резонансных ловушек, в которые попадает свет на ультратонких плёнках, выполненных в виде оптических резонаторов. Взаимодействие между волнами, распространяющимися в противоположных направлениях, увеличивает абсорбцию света на глубине в четверть волны (а иногда и глубже), усиливая интенсивность в области, близкой к сáмой поверхности плёнки, где фотосгенерированные минорные носители заряда (дырки) способны достичь поверхности и окислить воду до того, как произойдёт их рекомбинация.

Схема может быть использована при изготовлении недорогих солнечных батарей, объединяющих в себе фотоэлектроды из оксида железа и традиционные кремниевые ячейки для одновременного производства электричества и водорода. Ну а последний пригодится в качестве своеобразной формы хранения солнечной энергии, которая пойдёт в дело в тёмное время суток и в менее благоприятных погодных условиях.