科学家实现太阳能氢气产量突破

时间：2021-05-28 17:52:11 来源：

当灯光击中系统时，电位覆盖。金属氧化物层用作照片阳极，是氧形成的位点。它通过由石墨（黑色）制成的导电桥连接到太阳能电池。由于只有金属氧化物层与电解质接触，因此硅太阳能电池仍然是安全的腐蚀。铂螺旋用作形成氢的阴极。图像：涂家人

一个新出版的研究揭示了HZB和TU Delft科学家如何使用太阳能电池和由金属氧化物制成的光阳极，以实现太阳能氢气产生突破。

使用简单的太阳能电池和由金属氧化物，HZB和TU Delft科学家制成的光阳极，以氢气的形式成功地储存了近5％的太阳能。这是太阳能电池设计的主要壮举比基于非晶硅或昂贵的III-V半导体的高效率三联网电池的设计更简单，这些是传统上用于此目的的无定形硅或昂贵的III-V半导体。将加入少量钨原子的金属氧化物铋钒酸盐（BIVO4）制成的光阳极喷洒到导电玻璃上并涂有廉价的磷酸钴催化剂。“基本上，我们组合了两全其美的最佳，”罗尔瓦尔·太阳能燃料研究所负责人Roel Van de Krol教授解释道：“我们从化学稳定，低成本的金属氧化物开始，添加一个非常好但简单的硅基薄膜太阳能电池， - 我们刚刚创建了一种经济高效，高度稳定，高效的太阳能燃料装置。“

因此，专家能够开发一个相当优雅而简单的系统，用于使用阳光将水分成氢气和氧气。该过程称为人造光合作用，允许以氢的形式存储太阳能。然后可以直接或以甲烷形式用作燃料，或者它可以在燃料电池中产生电力。一个粗略估计显示了该技术的潜在固有：在德国的太阳能性能大约600瓦每平方米，这类系统100平方米是理论上的，只能在阳光下的一小时的阳光下以氢气形式存放3千瓦时的能量。然后可以在夜间或阴天中提供这种能量。

金属氧化物作为照片阳极防止太阳能电池德
克罗尔的腐蚀，并且他的团队基本上开始于加入金属氧化物层的相对简单的硅基薄膜电池。该层是与水接触的电池的唯一部分，并用作用于氧形成的光阳极。同时，它有助于防止敏感硅电池的腐蚀。研究人员系统地检查和优化的方法，如光吸收，电荷分离和水分子分裂。从理论上讲，当您使用由钒酸铋制成的照片阳极时，van de Krol说，可以进行最高九个百分之九倍的太阳能效率。已经，他们能够解决一个问题：使用廉价的磷酸钴催化剂，它们设法基本上加速了光阳极在光阳极处的氧形成过程。

一个新的记录：超过80％的事件光子有助于电流！然而，最大
的挑战是，最大的挑战是在钒酸盐薄膜内有效分离电荷。金属氧化物可以是稳定的且便宜的，但电荷载流子具有快速重组的趋势。这意味着它们不再用于水分裂反应。现在，Van de Krol和他的团队已经PD，它有助于将Wolfram原子添加到铋钒酸盐膜上。“重要的是，我们以一种非常具体的方式分发这些Wolfram原子，以便他们可以建立内部电场，这有助于防止重组，”Van de Krol解释。为此工作，科学家们采用了钒钒钨溶液并将其喷射到加热的玻璃基板上。这导致溶液蒸发。通过反复将不同的Wolfram浓度喷射到玻璃上，产生一些300纳米厚的高效的光活性金属氧化物膜。“我们真的不明白，但为什么铋钒酸盐的工作比其他金属氧化物更好。我们发现，超过80％的事件光子有助于电流，这是一个意外的高价值，即设定金属氧化物的新记录“van de Krol说。下一个挑战正在将这些类型的系统缩放到几平方米，因此它们可以产生相关量的氢气。

出版物：Fatwa F. Abdi等，“通过增强型钒酸盐 - 硅串式光电极中提高电荷分离的”高效太阳能分裂，“自然通信4，物品编号：2195; DOI：10.1038 / ncomms3195

图像：涂家人

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