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超高效太阳能制氢设备
来源:氢产业网 发表时间:2017-11-30 17:22:59 阅读:2727
据外国媒体报道:科学家发现了捕获多余的光能以生产燃料的方法,该方法甚至可以在雨天进行燃料的收集。
Two for the Price of One: Exceeding 100 Percent Efficiency in Solar Fuel Production
在将太阳光转换成化学燃料的常规系统中,无论光子的能量多么大,单个光子都只能带来一个电子-空穴对,该电子-空穴对随后进行化学反应,多余的能量作为热量而丢弃。这种单对单的模式限制了使用阳光来制造化学燃料的能力。科学家已经克服了这个限制,他们首次证明,可以从单个光子产生两个电子-空穴对(激子),进而用这两个电子-空穴对来生产氢气。
这项研究的结果意味着人们可以通过从高能光子中获取更多的能量,使阳光转化为化学燃料效率提高,允许在相同的土地上获得更多的氢气,从而降低成本。
传统的基于半导体的太阳光子能量收集中,半导体带隙上的多余光子能量被浪费。科学家们发现,半导体量子点可以通过产生多个来捕获电子-空穴对来收集多余的光子能量:在这项工作中,科学家们在太阳光电化学电池中观察到了超过100%的外部量子效率,这是通过多重激子产生提高化学反应产率的第一个例子。
光电化学电池由硫化铅(PbS)量子点光电极组成,科学家使用逐层沉积的方法从溶液沉积TiO2 / FTO(F掺杂的SnO2)涂覆的载玻片顶部。该团队展示了具有0.85,0.92和1.08 eV带隙能量的量子点光电极的大于100%的外部量子效率,并在Na2S溶液中产生了氢气。
这项工作由美国能源部(DOE)基础能源科学办公室,能源前沿研究中心的高级太阳能光物理中心(CASP)和化学科学,地球科学和生物科学部门的太阳光化学计划提供资助。
参考文献:
Y. Yan, R.W. Crisp, J. Gu, B.D. Chernomodik, G.F. Pach, A.R. Marshall, J.A. Turner, and M.C. Beard, “Multiple exciton generation for photoelectrochemical hydrogen evolution reactions with quantum yields exceeding 100% [External link] .” Nature Energy 2, 17052 (2017). [DOI: 10.1038/nenergy.2017.52]
O.E. Semonin, J.M. Luther, S. Choi, H.Y. Chen, J. Gao, A.J. Nozik, and M.C. Beard, “Peak external photocurrent quantum efficiency exceeding 100% via MEG in a quantum dot solar cell [External link] .” Science 334, 1530 (2011). [DOI: 10.1126/science.1209845]
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