太陽能制氫技術獲新突破

德國赫姆霍茨柏林中心太陽能燃料研究所與荷蘭代爾夫特理工大學的科研人員用一個簡單的太陽能電池與金屬氧化物光陽極，實現(xiàn)了光能轉氫率5%。這是個突破，因為使用的太陽能電池比通常采用的三聯(lián)點非晶硅薄膜或是?！グ雽w高性能電池要簡單得多。

科研人員稱，他們將化學的穩(wěn)定與金屬氧化物的廉價這兩個優(yōu)點結合起來，與一個相對簡單的硅基薄膜太陽能電池組合到一起，最終獲得了一個成本低、穩(wěn)定性好而功能強大的電池。以德國每平方米600瓦的太陽能量計算，100平方米的該制氫系統(tǒng)在有陽光的一小時內(nèi)，可以儲存3千瓦小時的氫能，供夜晚或陰雨天使用。

專家們將簡單的硅基薄膜電池與一層采用釩酸鉍的金屬氧化物組合起來，起光陽極作用。因為只有金屬層與水接觸，可以保護敏感的電池免受腐蝕。采用釩酸鉍的光陽極從理論上可以使電化學電池的效率達到9%。專家們又借助低成本的磷酸鈷催化劑，明顯加快了光陽極的氧氣形成。最大的挑戰(zhàn)是電荷在釩酸鉍層的高效分離。盡管金屬氧化物有諸多優(yōu)點，但電荷載流子很容易再結合，繼而喪失分解水的功用。科研人員發(fā)現(xiàn)，給釩酸鉍層添加鎢有助于解決問題。鎢原子要有最佳分布，由此產(chǎn)生一個可防止再結合的內(nèi)部電場。做法是將鉍、釩和鎢溶劑噴涂于熱玻璃基板上，使溶劑蒸發(fā)。以不同的鎢濃度反復噴涂后，最終形成一個約300納米厚的高效金屬活性氧化物層。雖然科研人員尚不能解釋，為何釩酸鉍有如此好的作用，但可以確定，捕捉到的光子80%以上可得到利用，對于金屬氧化物絕對是新紀錄。下一步要做的是將此系統(tǒng)擴展到平米規(guī)模。