我科学家大幅提升利用太阳能制氢效率

来源：科技日报

记者26日从中国科学技术大学获悉，该校余书红院士团队设计了一种近红外活性晶格匹配形貌异质结光阳极材料，开发的异质结表现出优异的光电化学产氢性能。相关成果近日发表在《自然·通讯》上。

太阳能直接转化为化学燃料提供了一种储存可再生能源的方法。然而，光电化学制氢的实际应用仍因其能量转换效率低而受到阻碍。目前，越来越多的半导体可以用作光电阳极材料。然而，这些半导体通常具有较宽的带隙，这将它们的光谱吸收范围限制在紫外和可见光区域。然而，红外光约占太阳能的 50%。因此，将材料的光谱吸收范围扩展到红外区域将大大提高器件的效率。

窄带隙半导体具有吸收近红外光谱的能力。然而，窄带隙半导体中的电子-声子相互作用会缩短光生载流子的寿命，从而降低催化剂表面光生空穴的浓度，从而降低表面氧化反应的概率。迄今为止，提高近红外光活性光电阳极的光电转换效率（IPCE）一直很困难。

研究人员设计了一种具有晶格匹配形态异质结的三元合金基光电阳极。电极的光谱吸收范围已扩展至 1100 纳米。提高了光电化学制氢的能量转换效率。晶格匹配形貌异质结避免了晶格失配的影响，减少了界面缺陷的存在，有利于降低光生载流子的复合率。实验证明异质结的存在提高了光生载流子的分离效率，从而延长了载流子的寿命。因此，在近红外光下，该材料的光电阳极的IPCE和光电流密度均表现出优异的性能。

该研究提出了一种具有近红外活性的形态异质结构的构建策略。通过将窄带隙半导体的优势整合到晶格匹配形貌异质结中，为设计有效的近红外有源光电化学器件提供了新的可能性。

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