澳大利亞研究團(tuán)隊(duì)將太陽能制氫的效率提升到17.6%
氫氣的能量密度和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)讓許多行業(yè)垂涎已久。然而目前的最大問題，就是氫燃料的成本太高。好消息是，澳大利亞國立大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)將太陽能制氫的效率提升到了 17.6% 。同時(shí)基于硅光電陰極的設(shè)計(jì)，讓材料成本也較其它高性能競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手要實(shí)惠得多，意味著我們向可負(fù)擔(dān)得起的清潔氫能生產(chǎn)邁出了重要的一步。 ^iONC&r
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（圖自：Australian National University） X$ @`4
作為一種輕量可運(yùn)輸、較易存儲(chǔ)的清潔能源，電動(dòng)航空、可垂直起降的飛行器、以及可再生能源等領(lǐng)域的研究人員，對(duì)氫氣有著各種美好的暢想。 !yv>e7g^
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不過在全球大力推廣清潔綠色的氫能源之前，仍需大力提升制氫的效率。好消息是，澳大利亞國立大學(xué)（ANU）科學(xué)家們，已經(jīng)提出了一套新方案。 1
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其設(shè)想了一種光電化學(xué)（PEC）太陽能制氫（STH）電池，理論上可同時(shí)吸收太陽能與水，然后直接向外輸送氫氣、而不是轉(zhuǎn)為外部電解系統(tǒng)供電。 VJ\q p%
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通過將尖端的鈣鈦礦光伏電池與電極串聯(lián)在一起，其效率比使用廉價(jià)半導(dǎo)體制造的任何其它設(shè)備都要出色。 NFTv4$5d
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硅-鈣鈦礦雙吸收串聯(lián)光電化學(xué)電池可直接制氫 kl]V_ 7[
該校工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院首席研究員 Siva Karuturi 博士稱：“光伏面板吸收產(chǎn)生的能量與半導(dǎo)體帶隙成正比，而硅又是市面上最流行的光伏材料，可惜只能產(chǎn)生水解制氫所需能量的 1/ 3”。 AE:(:U\
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通過使用帶隙為硅兩倍的半導(dǎo)體，他們得以解決了這一問題。不過需要權(quán)衡的是，帶隙越高，光伏的太陽能轉(zhuǎn)化效率也會(huì)越低。 {^1O
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有鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)采用了半導(dǎo)體兩倍的較小帶隙。從而不僅有效地轉(zhuǎn)化太陽能，且能出產(chǎn)必要的自發(fā)制氫能量。 s4|tWfZ
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這套系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，就是從太陽能到氫氣的總效率。美國能源部近十年提出的終極目標(biāo)為 25%，但 2020 年達(dá)到近 20% 也并不容易。 ;i[JCNiS\
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光伏面板中的材料層 &.E/%pQ`
此前的設(shè)計(jì)方案已達(dá)到 19% 的水平，但使用了價(jià)格昂貴的半導(dǎo)體材料。如果只看基于平價(jià)材料的方案，很難有研究可達(dá)成 10％ 的水平。 |? V7E\S
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慶幸的是，在相對(duì)可接受的條件下，該研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室模擬的基于硅 / 鈦 / 鉑光電極的效率，已可達(dá)到竟然 17.6％ 。 @RPQ 1d a
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后續(xù)還可通過微調(diào)各個(gè)組件的設(shè)計(jì)，讓制氫的效率更加高效，并用儲(chǔ)量豐富的材料來替代貴重的催化金屬，以進(jìn)一步降低制造成本。 6?u`u t
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有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）期刊上。 ZP~H!
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原標(biāo)題為《Over 17% Efficiency Stand‐Alone Solar Water Splitting Enabled by Perovskite‐Silicon Tandem Absorbers 》。
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