钙钛矿太阳能电池显示制氢的承诺

一个新的,高效的过程把水分解成氢气和氧气研究人员日前在瑞士。这个过程结合了一个稳定的催化剂和高效钙钛矿的太阳能电池。钙钛矿的太阳能电池有一个主要缺点,它们分解几小时后,但研究人员认为进一步的太阳能电池技术的进步应该照顾这个问题。

作为地球上最丰富的能源,太阳能是极具吸引力的人类摆脱对化石燃料,但使开关是有问题的。捕获的能量存储,直到它是必要的,最丰富的太阳能资源往往很少有人居住,需要找到一种方式运输人的家庭和企业。一种选择是使用太阳能将水分解成氢气和氧气。然而,对于这个过程有效,还需要两件事:催化剂可以降低分解的活化能垒水足以让反应进行的速度足够和光伏电池提供足够的电压来克服这个能量势垒。

传统的太阳能电池用硅作为光伏材料。硅是相对便宜,原材料等设备是便宜的。然而,硅是间接带隙半导体,这使得它吸收光的效率低、意味着一个厚层是必需的。这样一个厚层不能从溶液沉积也从晶圆片被削减。这使得硅太阳能电池组装相当昂贵,尽管价格与自动化大大下降。此外,开路电压正负电极之间的电位差生成不连接在一起时,传统的硅太阳能电池仅限于约0.75 v或更少,这意味着三个或四个这样的细胞需要连接串联驱动水分裂过程。这减少了过程的效率,增加了成本。更新、更昂贵的太阳能电池,例如那些由几堆连接,可以解决这个问题,但他们也添加到流程的成本。

推动了钙钛矿

钙钛矿太阳能电池首次亮相于2009年,此后一直深入研究的目标。随着钙钛矿材料的直接带隙,因此更有效地吸收光,只需要一个薄层和太阳能电池可以解决方案处理,降低生产成本。在新的研究中,Michael Gratzel和他的同事们在瑞士联邦理工学院洛桑推出水分离装置包含一个先进的钙钛矿太阳能电池使用CH₃NH₃PbI₃活性物质。细胞的效率17.3%,超过1 v的开路电压,这意味着只串联的两个细胞可以提供足够的电压来分解水。目前,钙钛矿太阳能电池的稳定性很差几小时后,开始崩溃。第一作者景山罗说已经取得一些进展稳定这些细胞。

研究人员结合这些新太阳能电池和光解水制氢研究一种高效催化剂,首先证明了Hongjie Dai在美国斯坦福大学的小组,由铁镍层状双氢氧化物。戴笠的集团首次演示了这种材料作为催化剂在阳极氧进化的反应,和罗为此准备的催化剂。然而,他也偶然发现材料催化作用在阴极析氢反应非常好,因此不需要第二个催化剂和增加细胞的潜在成本效率。

约翰·特纳美国国家可再生能源实验室在科罗拉多州说几组,包括他自己的,已经使用光伏技术来分解水。这里的新奇,他说,在于钙钛矿的太阳能电池的使用。但是,他总结说,“有很多研究钙钛矿前要做细胞甚至可以接近实现他们的承诺是什么”。