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太阳能制氢:看光伏技术刷新世界纪录

2015-10-26 00:09
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  根据日经BP社报道,德国伊尔梅瑙理工大学(TU Ilmenau)、亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)、弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)与美国加州理工学院的研究人员组成的研究小组宣布,在用太阳能电解水分离氢(H2)的人工光合作用技术之一“Solar-To-Hydrogen(STH)”上,使太阳能转换为H2的能源转换效率达到了14%。据称耐久性为40小时以上。其技术详情,已在学术杂志《Nature Communications》上发表了论文。

  转换效率为15%时,将超过化石燃料

  STH是用与太阳能电池相同的元件来电解水、取代电力生成H2的技术。如果转换效率达到15%以上,且耐久性达到1000小时以上,就有望以4美元/kg以下的成本生成H2,其效益就有可能胜过化石燃料制H2。美国能源部(DoE)旗下的研究所国家可再生能源实验室(NREL)从2000年代后半段开始加速了STH的研究开发,提出了2015年使转换效率达到15%、耐久性达到约半年(实际为875小时),2020年达到20%、耐久性达到2年(实际为3500小时),2025年达到25%、耐久性达到10年(实际为17500小时)的目标。

  然而,此前的转换效率最高值为17年前的1998年达成的12.4%,耐久性不到24小时。而在最近的研究中,虽然耐久性较长,但转换效率在10%以下的开发案例较多。一般来说STH的转换效率和耐久性有此消彼长的关系,同时提高二者并非易事。

  耐久性由几秒提高到40小时以上

  此次试制的是由III-V族化合物构成的双结型STH元件。在由AlInP构成的Window层表面层叠催化剂层时,通过“以1nm以下的加工精度形成层表面”(论文第一作者、伊尔梅瑙理工大学的Matthias May),获得了高转换效率。但最初的耐久性只有几秒。据称用了一年时间进行改善,最终实现了40小时以上的耐久性。

  开发的转换效率为14%的STH元件

  研究小组的成员之一,加州理工学院人工光合联合中心教授Hans-Joachim Lewerenz说,“我们正在接近转换效率15%、耐久性1000小时以上的目标。如果正在推进的降低元件界面上的载流子损失的研究取得成功,那么转换效率有望达到17%以上”。

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