In der kommenden Ära des "Carbon Peak und der Kohlenstoffneutralität" ist es besonders wichtig, neue Energietechnologien zu entwickeln, die kostengünstig, umweltfreundlich und im industriellem Maßstab herstellbar sind, um die herkömmlichen fossilen Brennstoffe zu ersetzen, die weithin als Verursacher des Treibhauseffekts und häufiger extremer Wetterlagen gelten. Solarenergie ist sozusagen eine unerschöpfliche Energieform, die jedem Land der Erde kostenlos zur Verfügung steht. Daher ist sie im Vergleich zu Kernenergie, Windenergie und blauer Energie die vielversprechendste Alternative zu fossiler Energie. In dieser Arbeit werden breitbandige Materialien zur Gewinnung von Solarenergie als Lichtabsorber für Anwendungen zur Umwandlung von Solarenergie, wie Stromerzeugung, Wasserdampferzeugung und Wasserstofferzeugung, vorgestellt. Zunächst wird schwarzes Silizium (b-Si) mit einer Vielzahl von Mikro-Nanostrukturen durch reaktives Ionenätzen (RIE) hergestellt. Die so hergestellten b-Si-Proben mit ultra-breitbandiger Lichtabsorption können für die photo-thermoelektrische (P-TE) Stromerzeugung, die photothermische (PT) Wasserverdampfung und die photoelektrochemische (PEC) Wasserreduktion verwendet werden, was die Leistung der Solarenergieumwandlung aufgrund ihrer hervorragenden Lichtabsorption im gesamten Sonnenspektrum verbessert. Darüber hinaus wurde eine metastabile Atomlagenabscheidung (MS-ALD) mit Selbstorganisation zur Herstellung großflächiger plasmonischer 3D-Ag@SiO2 Hybrid-Nanostrukturen entwickelt. Diese zeigen auch eine ultrabreitbandige sehr hohe Absorption im gesamten Sonnenspektrum. Wenn sie für die P-TE- und PT-Wasserverdampfung verwendet werden, verbessert sich die Leistung der Solarenergieumwandlung im Vergleich zu b-Si-Proben.
In the current era of "Carbon Peak and Carbon Neutrality", it is particularly important to develop low-cost, environmentally-friendly, and industrial-scale energy technologies to replace the traditional fossil fuels, which are widely considered to cause the greenhouse effect and frequent extreme weathers. Solar energy is a kind of energy that lasts forever and is freely available for all countries all over the world. Therefore, it is the most promising alternative to fossil energy compared to nuclear energy, wind energy, and blue energy (Energy that comes from ocean, such as tidal energy, salinity gradient energy). In this work, broadband solar energy harvesting materials are produced and demonstrated to serve as light absorbers for solar energy conversion applications, such as electric power generation, water steam generation and hydrogen generation. Firstly, black silicon (b-Si) with micro-nanostructures is fabricated by reactive ion etching (RIE). The as-prepared b-Si samples with ultra-broadband light absorption can be used for photo-thermoelectric (P-TE) power generation, photothermal (PT) water evaporation and photoelectrochemical (PEC) water reduction, which enhances solar energy conversion performance due to their excellent broadband light absorption. In addition, a metastable atomic layer deposition (MS-ALD) self-assembly strategy for fabricating large area 3D Ag@SiO2 hybrid plasmonic nanostructures was developed. They also demonstrate an ultra-broadband super-high absorption over the whole solar spectrum. When they are further used for P-TE and PT water evaporation, the solar energy conversion performances are improved compared with b-Si samples.
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