光解制氢“嫁接”光伏电池 催生光伏技能革新

以色列理工学院太阳能燃料锂电池集优研讨中心（I-CORE）的科学家研制出了一种新的光解制氢办法，这种根据纳米资料技能的创造，使低本钱光解水制氢成为可能；如果嫁接光伏电池技能，则可能催生制氢光伏工业，完成光伏发电和光解水制氢两个绿色动力出产方法的结合。

这项效果引起了广泛的重视，有人拿它跟当年名噪一时的“人造叶片”比较，并以为其出路愈加光亮。这项效果也使以色列政府近年来倾力打造的“脑力回流”科研平台I-CORE分外有目共睹。近来，科技日报记者专访了以色列理工学院太阳能燃料集优研讨中心该项目首席研讨员阿夫纳·罗斯柴尔德教授。

纳米资料技能带来的革新

“用集成串联光伏电池完成光解水制氢彻底可行，光伏发电的一起制氢、储氢，氢燃料再用于弥补黑夜和阴天的发电需求。”罗斯柴尔德通知记者，“我们已找到一种方法来捕捉光，用超薄铁氧化物薄膜，也就是用比工作用纸还薄5000倍的铁锈，即三氧化二铁来贮存光，这是完成高功率和低本钱的要害。”他们的研讨效果发表在《天然资料》上，论文标题是《用超薄资料捕获共振光完成水裂解》。

氧化铁是一种常见的半导体资料，出产本钱低，在水里不易氧化、耐腐蚀、耐分化，比其他半导体资料体现更安稳。但它较低的导电性是研讨人员面对的最大应战。科研人员为此斗争多年，尽力找寻光吸收分离和光生载荷收集之间的折衷计划。

“我们的光捕获计划打破了这个瓶颈，氧化铁超薄薄膜能够有效地吸收光生电荷。”罗斯柴尔德说，“相似镜面的薄膜被置于反射基板上，光线中的四分之一波长或更深的子波长被薄膜捕获。一起向前和向后传达的光波之间增强了吸收外表，光生电荷载体的吸收功率更好。”

谈到这项发现的重大含义，罗斯柴尔德以为，这项科研效果使光伏发电和制氢一起进行成为可能。人们能够设计制造出相对廉价的结合有超薄氧化铁光电极的太阳能电池，这种太阳能电池彻底能够选用根据硅资料或其他资料的传统产品，但能一起完成光伏发电和制氢。他称，这些电池完成了太阳能贮存，让光伏发电不再受黑夜和阴天影响，这是传统的光伏发电无法比拟的。

这项创造还能削减第二代光伏电池对极稀有金属的用量，理论上讲，在不献身发电功能的基础上，这种太阳能电池能节省90%的碲和铟等稀有元素。

水的耗费也是这样的光伏电厂无法逃避的问题，罗斯柴尔德称，现在他们运用淡水的实验测算成果，其水的用量以及经济性和传统发电相差无几。他们还将展开运用海水进行光解制氢的研讨，并对此充满信心。他称，自去年底他们的科研效果发布以来，他们在进步制氢功率方面又取得了很大进步，理论上讲，根据这种技能的光伏电厂现已能够对抗传统发电，其本钱平起平坐，如果考虑到绿色、环保、低碳等因素，这样的光伏电厂现已具有优势。

占用许多土地则是光伏电厂面对的另一个难题。罗斯柴尔德对此并不十分忧虑，他说，每个国家都有许多不能耕耘但光照充沛的土地，它们是建造光伏电厂的天然挑选，并且相对于其他用处占地，全面处理动力问题的用地需求并不过火。他以以色列为例，以色列全国路途占用土地是国土面积的3%，而经过这种新型光伏电厂彻底处理以色列电力需求只要国土面积的1%，就能彻底完成国家动力独立，并彻底放弃石化动力。

完成清洁动力三步走

罗斯柴尔德剖析了完成人类清洁动力梦想的各种可能性，他以为比较风能、地热能、核能、潮汐能等，太阳能光伏发电是迄今为止最为成功的清洁动力处理计划，这种20年前仅用于军事和太空的贵重的动力技能，现在现已变得十分老练和遍及，工业化程度很高。虽然有人还在质疑它的发电本钱，但就现在技能水平，在以色列光伏发电的单价现已与传统电厂的电价趋同。如果将运转周期放在30年的时间段进行对比，光伏电厂的发电本钱将低于现行电价。这其间还不包括传统电厂存在的出产安全本钱和付出的环境污染价值。罗斯柴尔德称，有一位以色列财政部前副总司长计算出的传统电厂的实在价格是现在光伏发电的两倍。

罗斯柴尔德并不看好生物燃料，他以为生物燃料的发电功率不高，天然界的光合作用需求许多土地。大规模开展生物燃料，人类会面对用有限土地出产食物或许出产燃料的两难挑选，动力危机与粮食危机将交错在一起。

事实上，许多国家现已把开展可再生动力的方针大幅度进步，如以色列现在是7%，2020年要到达20%；德国的方针是到2050年将可再生动力进步到80%。比较较风能和氢能，光伏发电现在开展最快。但光伏的致命伤是黑夜和阴天不能发电，如果小规模的光伏电厂能够经过其他发电方法进行补偿和平衡，大规模光伏发电则有必要处理太阳能燃料贮存问题。

应运而生的纳米氧化铁超薄膜制氢技能是一种高效人造光合作用，制氢才能10倍于天然界，嫁接现在十分老练的光伏技能，则可完成光解水制氢和光伏发电的完美结合。

罗斯柴尔德提出了处理清洁动力问题的三步走计划：第一步将光伏发电的功率提升到10%，第二步把氢能体系加进去，第三步将淡水换成海水，“这就是完整含义的人类可持续开展蓝图”。