澳大利亚研究团队将太阳能制氢的效率提升到17.6%
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。 oCi=4#g%7
Q`D~5ci
[attachment=101522] C>$E%=h+_
（图自：Australian National University）
,
GY h9
作为一种轻量可运输、较易存储的清洁能源，电动航空、可垂直起降的飞行器、以及可再生能源等领域的研究人员，对氢气有着各种美好的畅想。 Vf'd*-_!Q<
x&9hI
不过在全球大力推广清洁绿色的氢能源之前，仍需大力提升制氢的效率。好消息是，澳大利亚国立大学（ANU）科学家们，已经提出了一套新方案。 , :`4%
a / #PLP
其设想了一种光电化学（PEC）太阳能制氢（STH）电池，理论上可同时吸收太阳能与水，然后直接向外输送氢气、而不是转为外部电解系统供电。 }i`PGx
vj\d A2!~
通过将尖端的钙钛矿光伏电池与电极串联在一起，其效率比使用廉价半导体制造的任何其它设备都要出色。 n9A7K$ZD@
kc @[9eV
[attachment=101523] ;A 'Z4=*~
硅-钙钛矿双吸收串联光电化学电池可直接制氢 x~{;TZa[I
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”。 .J.-Mm` .
0 79'(%
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。 gk+ h8 LZ
C;`XlQG `
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。 6290ZNvr
a,+@|TJ,i
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。 A~ +S1
2 fS[J'-o
[attachment=101524] 9}uW}y J
光伏面板中的材料层 DrBUe'RH:M
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。 w@ c87;c
TJ'[--
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％ 。 (85Fv& a
J?}WQLVP'
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。 4*mS y
\&3"<6xA
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。 d&u ]WVU
DUe& r,(4O
原标题为《Over 17% Efficiency Stand‐Alone Solar Water Splitting Enabled by Perovskite‐Silicon Tandem Absorbers 》。
|