太平洋电脑网|研究团队将基于低成本材料的光伏制氢效率提升氢气的能量密度和环保优势

氢气的能量密度和环保优势，已经让许多行业垂涎已久。然而目前的最大问题，就是氢燃料的成本太高。好消息是，澳大利亚国立大学的一支研究团队，已经将太阳能制氢的效率提升到了17.6% 。同时基于硅光电阴极的设计，让材料成本也较其它高性能竞争对手要实惠得多，意味着我们向可负担得起的清洁氢能生产迈出了重要的一步。

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（图自：AustralianNationalUniversity）
作为一种轻量可运输、较易存储的清洁能源，电动航空、可垂直起降的飞行器、以及可再生能源等领域的研究人员，对氢气有着各种美好的畅想。
不过在全球大力推广清洁绿色的氢能源之前，仍需大力提升制氢的效率。好消息是，澳大利亚国立大学（ANU）科学家们，已经提出了一套新方案。
其设想了一种光电化学（PEC）太阳能制氢（STH）电池，理论上可同时吸收太阳能与水，然后直接向外输送氢气、而不是转为外部电解系统供电。
通过将尖端的钙钛矿光伏电池与电极串联在一起，其效率比使用廉价半导体制造的任何其它设备都要出色。

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硅-钙钛矿双吸收串联光电化学电池可直接制氢
该校工程与计算机科学学院首席研究员SivaKaruturi博士称：“光伏面板吸收产生的能量与半导体带隙成正比，而硅又是市面上最流行的光伏材料，可惜只能产生水解制氢所需能量的1/3” 。
通过使用带隙为硅两倍的半导体，他们得以解决了这一问题。不过需要权衡的是，带隙越高，光伏的太阳能转化效率也会越低。
有鉴于此，研究团队采用了半导体两倍的较小带隙。从而不仅有效地转化太阳能，且能出产必要的自发制氢能量。
这套系统的一个关键指标，就是从太阳能到氢气的总效率。美国能源部近十年提出的终极目标为25% ，但2020年达到近20%也并不容易。

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光伏面板中的材料层
此前的设计方案已达到19%的水平，但使用了价格昂贵的半导体材料。如果只看基于平价材料的方案，很难有研究可达成10％的水平。
庆幸的是，在相对可接受的条件下，该研究团队在实验室模拟的基于硅/钛/铂光电极的效率，已可达到竟然17.6％。
后续还可通过微调各个组件的设计，让制氢的效率更加高效，并用储量丰富的材料来替代贵重的催化金属，以进一步降低制造成本。
有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《先进能源材料》（AdvancedEnergyMaterials）期刊上。
_本文原题为为《Over17%EfficiencyStand‐AloneSolarWaterSplittingEnabledbyPerovskite‐SiliconTandemAbsorbers》。
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