使太阳能电池效率增至20.2％的新型电池

前段时间，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）和美国能源部能源创新中心人工光合作用联合中心（JCAP）的研究人员提出了一种新的可再生制氢方法，此方法可以绕过当前材料的限制。在寻求更多的可再生的化石燃料替代品过程中，科学家们一直试图通过“水分裂”来收获太阳的能量，这是一种利用太阳光从水中产生氢燃料的人工光合作用技术。但是水分解装置还没有发挥其潜力，因为仍然没有可有效工作所需的光学，电子和化学性质的材料。伯克利实验室和JCAP开发了一种称为“混合光电化学和电流（HPEV）电池”的人工光合作用装置，它将阳光和水转化为两种能源-氢燃料和电能。这项工作的论文于2018年10月29日在NatureMaterials上发表。

Segev和他的合着者-伯克利实验室化学科学部JCAP研究员JeffreyW.Beeman，前伯克利实验室和JCAP研究员、德国慕尼黑技术大学的实验半导体物理学教授JefferyGreenblatt，提出了一个解决复杂问题的简单解决方案。

在水分解装置中，前表面通常专用于太阳能燃料生产，后表面用作电源插座。为了解决传统系统的局限性，他们在硅元件的背面增加了一个额外的电接触，从而使HPEV器件在背面有两个触点而不是一个。额外的后部出口将允许电流分成两部分，使得一部分电流有助于太阳能燃料的产生，其余部分可以作为电力提取。

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在运行模拟以预测HPEC是否将按设计运行后，他们制作了一个原型来测试他们的理论。根据他们的计算，传统的太阳能氢发生器基于硅和钒酸铋的组合，这是一种广泛研究用于太阳能水分解的材料，它将产生氢气，太阳能氢能效率为6.8％。换句话说，在撞击电池表面的所有入射太阳能中，6.8％将以氢燃料的形式存储，其余的全部丢失。

相反，HPEV电池收获剩余电子，这些电子不会产生燃料。这些残余电子用于产生电能，从而大大提高了整体太阳能转换效率。例如，根据相同的计算，相同的6.8％的太阳能可以作为氢燃料储存在由钒酸铋和硅制成的HPEV电池中，另外13.4％的太阳能可以转换为电能。这使得组合效率达到20.2％，是传统太阳能氢电池的三倍。