研究团队将基于低成本材料的光伏制氢效率提升至17%以上

来源:西贝网
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%。

氢气的能量密度和环保优势,已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。

(图自:Australian National University)

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。

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 Siva Karuturi 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。

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》(Advanced Energy Materials)期刊上。

原标题为《Over 17% Efficiency Stand‐Alone Solar Water Splitting Enabled by Perovskite‐Silicon Tandem Absorbers》。

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