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美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)开发出光电化学电池新原理
2017-04-20
 

[据固态技术网站2017418日报道]美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员已研发出一种原理可证的光电化学电池,可捕获多余光子能量,它们会以热量的形式损失掉。

研究人员利用量子点和“多重激子生成(MEG)工艺,将制氢的外部量子效率的峰值提高至114%。与目前的光电化学方法相比,该方法可显著提高利用日光分解水而生成氢气的产量,效率高、成本低。

该研究由国家可再生能源实验室(NREL)科罗拉多矿业大学和科罗拉多大学博尔德分校共同合作,马修·比尔德、颜永 、瑞安·克瑞斯普、顾静、鲍里斯·切尔诺莫迪克、格雷戈里·帕克、阿什利·马歇尔、约翰·特纳将题为“光子电化学氢析出反应的多重激子生成的量子产率超过100”的研究细节概述发表在《自然能源》杂志。

2011年,比尔德与其他国家可再生能源实验室的科学家共同在《科学》杂志发表一篇论文,研究首次表明,多重激子生成(MEG)是如何使允许太阳电池量子效率超出100%,通过在电流中产生更多电子,电子数比进入太阳电池的光子数还要多。

比尔德说:“主要差别在于,我们捕获到的多余光子能量存在于化学键中,而不是在电流中。我们验证了在太阳电池中产生额外电流的相同过程,也可以应用在化学键中产生额外的化学反应或储存能量。

太阳电池的最高理论效率,取决于多少光能可转化为可用电能,超出半导体吸收带的光子能量损失了热量。多重激子生成(MEG)工艺利用额外的光子能量产生更多的电子,从而产生更多的化学能或电能,而不是产生热量。呈球状半导体纳米晶体(直径为2-10 nm)的量子点改进了多重激子生成工艺。

在本报告中,由量子点内的多重激子生成工艺产生的多个电子或电荷载体被捕获并存储在H2分子的化学键中。

国家可再生能源实验室的研究人员设计了一种基于硫化铅(PbS)量子点光电阳极的电池。光电阳极涉及沉积在二氧化钛/氟掺杂氧化锡电介质叠层上的硫化铅量子点层。受额外电子驱动的化学反应为探索太阳能燃料的高效方法奠定了新的方向。(工业和信息化部电子第一研究所 许文琪)

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