新型太阳能电池板或提高光催化全分解水制氢效率

中国储能网讯：据美国油价网报道，美国密歇根大学的研究人员通过模仿光合作用的关键步骤，开发了一种新型太阳能电池板，用太阳能将水分解为氢和氧，转化效率可达9%，比同类太阳能全分解水制氢实验效率高出近10倍。

这款新装置最大的好处是降低了可持续制氢的成本。半导体通常是这类设备中最昂贵的部件，该团队通过大幅缩小自修复半导体的体积，降低了装置的成本，且半导体最大能承受的光照强度相当于太阳光的160倍。

光合作用是植物利用太阳能的主要方式，植物通过光合作用可以将水和二氧化碳转化为有机物质和氧气。同时，光合作用也可以产生氢气。“我们相信人工光合作用设备将比自然光合作用效率更高，这将为实现碳中和提供一条新路径。”该研究团队的领导者、密歇根大学电气和计算机工程教授米泽田说。

这项研究成果已在《自然》杂志发表，该研究在两个方面取得了显著进展。

一是在不破坏半导体器件的情况下，承受高强光的照射。密歇根大学电气和计算机工程研究员、该研究的第一作者周鹏说：“与一些只能在低光强度下使用的半导体相比，我们使用的半导体尺寸缩小了100多倍。用我们的技术制氢可能会非常便宜。”

二是通过一种半导体催化剂，利用太阳辐射光谱中能量较强的部分来分解水，同时利用光谱中能量较弱的部分提供热量促进反应。这种催化剂在利用阳光驱动化学反应时，会随着使用而自我修复，减轻催化剂的活性退化。这种催化剂可以在高温条件下发挥作用。高温可以加速水的分解过程，并能使氢和氧保持分离，而不是重新结合并再次形成水。

这种催化剂由氮化铟镓纳米结构制成。半导体晶片捕获光线，将其转化为自由电子和空穴。纳米结构中布满了直径为1/2000毫米的纳米级金属球，利用电子和空穴来帮助引导反应。

面板的绝缘层将温度保持在75摄氏度，温度足以促进分解反应，同时也能使半导体催化剂发挥良好作用。室外实验中，在阳光和温度难以把控的情况下，该装置的制氢效率为6.1%。室内实验中，制氢效率为9%。

未来，研究团队打算进一步提高装置的效率，并生产出可直接输入燃料电池的超高纯度氢。