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太阳能制氢技术实现伟大突破

来源:科技部   2013-12-26 15:38:52   点击:

导读: 德国与荷兰的科研人员用一个简单的太阳能电池与金属氧化物光阳极,实现了光能转氢率5%。因为使用的太阳能电池相对三联点非晶硅薄膜或是III-V半导体高性能电池简单,所以这是个新突破。

人类已实现光能转氢率5%这个突破,德国赫姆霍茨柏林中心太阳能燃料研究所与荷兰代尔夫特理工大学的科研人员完成这一重大突破,他们利用的材料是一个简单的太阳能电池与金属氧化物光阳极。因为使用的太阳能电池比通常采用的三联点非晶硅薄膜或是III-V半导体高性能电池要简单得多,所以对我们来说这是个伟大的突破。

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科研人员称,他们最终获得的电池成本低、稳定性好且功能强大,与一个相对简单的硅基薄膜太阳能电池组合到一起相比,他们主要将化学的稳定与金属氧化物的廉价这两个优点结合起来。举个例子,以德国每平方米600瓦的太阳能量计算,在有阳光的一小时内,100平方米的该制氢系统可以储存3千瓦小时的氢能,供夜晚或阴雨天使用。

因为只有金属层与水接触,可使得敏感的电池免受腐蚀,所以专家们将简单的硅基薄膜电池与一层采用钒酸铋的金属氧化物组合在一起,起光阳极作用。从理论上看,采用钒酸铋的光阳极之后,电化学电池的效率可提高到9%。专家们通过低成本的磷酸钴催化剂,从而明显加快了光阳极的氧气形成。目前最大的挑战是电荷在钒酸铋层的高效分离。尽管金属氧化物有诸多优点,但电荷载流子很容易再结合使得分解水的功用丧失。科研人员发现一个有助于解决问题的方法,就是添加钨到钒酸铋层。做法是将铋、钒和钨溶剂喷涂于热玻璃基板上,使溶剂蒸发。以不同的钨浓度反复喷涂后,最终形成一个约300纳米厚的高效金属活性氧化物层。钨原子因为有最佳分,可产生一个内部电场,这个内部电场可防止再结合。虽然科研人员尚对钒酸铋有如此好的作用无法做出解释,但可以确定捕捉到的光子80%以上可得到利用,对于金属氧化物来说绝对是新的创举。将此系统扩展到平米规模是下一步要突破的目标。

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