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納米材料技術(shù)帶來的革命—光解水制氫
發(fā)布時(shí)間：2016-08-03 瀏覽量：3763
“用集成串聯(lián)光伏電池實(shí)現(xiàn)光解水制氫完全可行，光伏發(fā)電的同時(shí)制氫、儲(chǔ)氫，氫燃料再用于補(bǔ)充黑夜和陰天的發(fā)電需要?！绷_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(chǔ)存光，這是實(shí)現(xiàn)高效率和低成本的關(guān)鍵?！彼麄兊难芯砍晒l(fā)表在《自然材料》上，論文題目是《用超薄材料捕獲共振光實(shí)現(xiàn)水裂解》。
氧化鐵是一種常見的半導(dǎo)體材料，生產(chǎn)成本低，在水里不易氧化、耐腐蝕、耐分解，比其他半導(dǎo)體材料表現(xiàn)更穩(wěn)定。但它較低的導(dǎo)電性是研究人員面臨的較大挑戰(zhàn)。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(gè)瓶頸，氧化鐵超薄薄膜能夠有效地吸收光生電荷?！绷_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(shí)向前和向后傳播的光波之間增強(qiáng)了吸收表面，光生電荷載體的吸收效率更好?！?/p>
談到這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重大意義，羅斯柴爾德認(rèn)為，這項(xiàng)科研成果使光伏發(fā)電和制氫同時(shí)進(jìn)行成為可能。人們可以設(shè)計(jì)制造出相對廉價(jià)的結(jié)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(tǒng)產(chǎn)品，但能同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和制氫。他稱，這些電池實(shí)現(xiàn)了太陽能儲(chǔ)存，讓光伏發(fā)電不再受黑夜和陰天影響，這是傳統(tǒng)的光伏發(fā)電無法比擬的。
這項(xiàng)發(fā)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(fā)電性能的基礎(chǔ)上，這種太陽能電池能節(jié)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(yàn)測算結(jié)果，其水的用量以及經(jīng)濟(jì)性和傳統(tǒng)發(fā)電相差無幾。他們還將開展使用海水進(jìn)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(fā)布以來，他們在提高制氫效率方面又取得了很大進(jìn)步，理論上講，基于這種技術(shù)的光伏電廠已經(jīng)可以匹敵傳統(tǒng)發(fā)電，其成本不相上下，如果考慮到綠色、環(huán)保、低碳等因素，這樣的光伏電廠已經(jīng)具備優(yōu)勢。
占用大量土地則是光伏電廠面臨的另一個(gè)難題。羅斯柴爾德對此并不十分擔(dān)心，他說，每個(gè)國家都有大量不能耕作但光照充分的土地，它們是建設(shè)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(shí)現(xiàn)國家能源獨(dú)立，并完全放棄石化能源。