工程师创造了创纪录效率的太阳能制氢设备，将太阳光转化为清洁能源

美国莱斯大学工程师近日研发出一种新型装置，可以将阳光转化为氢气，其效率创下新的纪录。这种装置被称为光电化学电池，采用了新一代卤化物钙钛矿半导体和电催化剂，能够利用太阳能来驱动各种化学反应，并将原料转化为燃料。 此项研究的突破在于该装置利用了卤化物钙钛矿半导体和电催化剂的结合，使得装置在较低的能量损耗下实现了高效率的阳光转化。此前的相关研究中，常见的材料使用与太阳能转化效率低下，难以应用于实际生产中。而这项研究则使用了更先进的材料，大大提升了效率。 目前，该装置已经达到了13.5%的光电转化效率，这一数字是过去同类装置的最高纪录之一。该装置的成功研发将对太阳能领域的发展起到巨大的推动作用。 未来，随着技术进一步发展，该装置的转化效率有望继续提升，并为可再生能源的开发利用提供新的可能性。此项研究的成功不仅将促进氢能源的发展和应用，还为解决能源危机提供了新的解决方案。它也为推动环保可持续发展做出了重要贡献。

这项新技术是清洁能源的重要进步，也是一种利用太阳能制造化学品的潜在平台。该装置的设计关键在于一个防腐层，可以有效地将半导体与水隔离，同时不影响电子的传递。

据《自然通讯》发表的一项研究报道，该装置拥有惊人的 20.8% 的太阳能转氢能效率。该研究的主要作者之一、莱斯大学化学和生物分子工程博士生 Austin Fehr 强调了这项工作的重要性，" 利用太阳能作为制造化学品的能源来源是实现清洁能源经济的最大障碍之一。我们的目标是建立经济可行的平台，可以生成太阳能衍生的燃料。我们设计了一个系统，它可以吸收光，并在其表面完成电化学水分解反应。"

据 IT 之家了解，该装置被称为光电化学电池，因为其在同一个设备中完成了光的吸收、转化为电力和利用电力来驱动化学反应的过程。以前，使用光电化学技术来生产绿色氢气受到了低效率和半导体成本高昂的限制。

Fehr 解释了他们发明的特点：" 所有这类设备都只使用阳光和水来产生绿色氢气，但我们的设备是特别的，因为它有着创纪录的效率，而且它使用的是一种非常便宜的半导体。"

该装置是由 Aditya Mohite 教授领导的实验室和其合作者共同开发出来的，他们将他们高竞争力的太阳能电池改造成了一个反应器，可以利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。他们必须克服的挑战是，卤化物钙钛矿在水中极不稳定，而且用来隔绝半导体的涂层会干扰或损坏它们。

" 在过去两年里，我们尝试了不同的材料和技术。" 莱斯大学化学工程师、该研究合作者之一 Michael Wong 教授说。经过漫长的尝试后，研究人员终于找到了一个成功的解决方案。

Fehr 说：" 我们关键的发现是，需要两层防护层，一层用来阻挡水，另一层用来在钙钛矿层和保护层之间形成良好的电接触。我们的结果是光电化学电池中最高的效率，也是使用卤化物钙钛矿半导体的最佳效果。这是一个突破，因为这个领域历来被价格昂贵的半导体所主导，而且可能是这类设备第一次具备了商业可行性。"

研究人员展示了他们的防护层设计可以适用于不同的反应和不同的半导体，使其可以应用于多种系统。" 我们希望这样的系统能够作为一个平台，利用太阳能收集到的电子来驱动各种利用丰富原料制造燃料的反应。"Mohite 教授说。" 随着稳定性和规模的进一步提高，这项技术可以开启氢经济，并改变人类的生产方式，从化石燃料转向太阳能燃料。"Fehr 补充说。