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太陽能制氫:看光伏技術刷新世界紀錄
來源:氫分子產業網 發表時間:2016-7-25 16:48:24 閱讀:4040

根據日經BP社報道,德國伊爾梅瑙理工大學(TU Ilmenau)、亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心(HZB)、弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE)與美國加州理工學院的研究人員組成的研究小組宣布,在用太陽能電解水分離氫(H2)的人工光合作用技術之一“Solar-To-Hydrogen(STH)”上,使太陽能轉換為H2的能源轉換效率達到了14%。據稱耐久性為40小時以上。其技術詳情,已在學術雜志《Nature Communications》上發表了論文。

轉換效率為15%時,將超過化石燃料

STH是用與太陽能電池相同的元件來電解水、取代電力生成H2的技術。如果轉換效率達到15%以上,且耐久性達到1000小時以上,就有望以4美元/kg以下的成本生成H2,其效益就有可能勝過化石燃料制H2。美國能源部(DoE)旗下的研究所國家可再生能源實驗室(NREL)從2000年代后半段開始加速了STH的研究開發,提出了2015年使轉換效率達到15%、耐久性達到約半年(實際為875小時),2020年達到20%、耐久性達到2年(實際為3500小時),2025年達到25%、耐久性達到10年(實際為17500小時)的目標。

然而,此前的轉換效率最高值為17年前的1998年達成的12.4%,耐久性不到24小時。而在最近的研究中,雖然耐久性較長,但轉換效率在10%以下的開發案例較多。一般來說STH的轉換效率和耐久性有此消彼長的關系,同時提高二者并非易事。

耐久性由幾秒提高到40小時以上

此次試制的是由III-V族化合物構成的雙結型STH元件。在由AlInP構成的Window層表面層疊催化劑層時,通過“以1nm以下的加工精度形成層表面”(論文第一作者、伊爾梅瑙理工大學的Matthias May),獲得了高轉換效率。但最初的耐久性只有幾秒。據稱用了一年時間進行改善,最終實現了40小時以上的耐久性。

開發的轉換效率為14%的STH元件

研究小組的成員之一,加州理工學院人工光合聯合中心教授Hans-Joachim Lewerenz說,“我們正在接近轉換效率15%、耐久性1000小時以上的目標。如果正在推進的降低元件界面上的載流子損失的研究取得成功,那么轉換效率有望達到17%以上”。

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