德國(guó)赫姆霍茨柏林中心太陽(yáng)能燃料研究所與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的科研人員用一個(gè)簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池與金屬氧化物光陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)了光能轉(zhuǎn)氫率5%。這是個(gè)突破，因?yàn)槭褂玫奶?yáng)能電池比通常采用的三聯(lián)點(diǎn)非晶硅薄膜或是III-V半導(dǎo)體高性能電池要簡(jiǎn)單得多。
科研人員稱，他們將化學(xué)的穩(wěn)定與金屬氧化物的廉價(jià)這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，與一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的硅基薄膜太陽(yáng)能電池組合到一起，最終獲得了一個(gè)成本低、穩(wěn)定性好而功能強(qiáng)大的電池。以德國(guó)每平方米600瓦的太陽(yáng)能量計(jì)算，100平方米的該制氫系統(tǒng)在有陽(yáng)光的一小時(shí)內(nèi)，可以儲(chǔ)存3千瓦小時(shí)的氫能，供夜晚或陰雨天使用。
專家們將簡(jiǎn)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(lái)，起光陽(yáng)極作用。因?yàn)橹挥薪饘賹优c水接觸，可以保護(hù)敏感的電池免受腐蝕。采用釩酸鉍的光陽(yáng)極從理論上可以使電化學(xué)電池的效率達(dá)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(yáng)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(diǎn)，但電荷載流子很容易再結(jié)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(wèn)題。鎢原子要有最佳分布，由此產(chǎn)生一個(gè)可防止再結(jié)合的內(nèi)部電場(chǎng)。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(fù)噴涂后，最終形成一個(gè)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(duì)于金屬氧化物絕對(duì)是新紀(jì)錄。下一步要做的是將此系統(tǒng)擴(kuò)展到平米規(guī)模。
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