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納米材料技術帶來的革命—光解水制氫
發布時間：2016-08-03 瀏覽量：3870
“用集成串聯光伏電池實現光解水制氫完全可行，光伏發電的同時制氫、儲氫，氫燃料再用于補充黑夜和陰天的發電需要。”羅斯柴爾德告訴記者，“我們已找到一種方式來捕捉光，用超薄鐵氧化物薄膜，也就是用比辦公用紙還薄5000倍的鐵銹，即三氧化二鐵來儲存光，這是實現高效率和低成本的關鍵。”他們的研究成果發表在《自然材料》上，論文題目是《用超薄材料捕獲共振光實現水裂解》。
氧化鐵是一種常見的半導體材料，生產成本低，在水里不易氧化、耐腐蝕、耐分解，比其他半導體材料表現更穩定。但它較低的導電性是研究人員面臨的較大挑戰。科研人員為此奮斗多年，努力找尋光吸收分離和光生載荷收集之間的折衷方案。
“我們的光捕獲方案打破了這個瓶頸，氧化鐵超薄薄膜能夠有效地吸收光生電荷。”羅斯柴爾德說，“類似鏡面的薄膜被置于反射基板上，光線中的四分之一波長或更深的子波長被薄膜捕獲。同時向前和向后傳播的光波之間增強了吸收表面，光生電荷載體的吸收效率更好。”
談到這項發現的重大意義，羅斯柴爾德認為，這項科研成果使光伏發電和制氫同時進行成為可能。人們可以設計制造出相對廉價的結合有超薄氧化鐵光電極的太陽能電池，這種太陽能電池完全可以采用基于硅材料或其他材料的傳統產品，但能同時實現光伏發電和制氫。他稱，這些電池實現了太陽能儲存，讓光伏發電不再受黑夜和陰天影響，這是傳統的光伏發電無法比擬的。
這項發明還能減少第二代光伏電池對極稀有金屬的用量，理論上講，在不犧牲發電性能的基礎上，這種太陽能電池能節約90%的碲和銦等稀有元素。
水的消耗也是這樣的光伏電廠無法回避的問題，羅斯柴爾德稱，目前他們使用淡水的試驗測算結果，其水的用量以及經濟性和傳統發電相差無幾。他們還將開展使用海水進行光解水制氫的研究，并對此充滿信心。他稱，自去年底他們的科研成果發布以來，他們在提高制氫效率方面又取得了很大進步，理論上講，基于這種技術的光伏電廠已經可以匹敵傳統發電，其成本不相上下，如果考慮到綠色、環保、低碳等因素，這樣的光伏電廠已經具備優勢。
占用大量土地則是光伏電廠面臨的另一個難題。羅斯柴爾德對此并不十分擔心，他說，每個國家都有大量不能耕作但光照充分的土地，它們是建設光伏電廠的天然選擇，而且相對于其他用途占地，全面解決能源問題的用地需要并不過分。他以以色列為例，以色列全國道路占用土地是國土面積的3%，而通過這種新型光伏電廠完全解決以色列電力需求只要國土面積的1%，就能徹底實現國家能源獨立，并完全放棄石化能源。