开发出全球最高效太阳能绿色氢气技术

Published 10 Jul.2023 12:33(KST)

GIST开发“有机金属卤化物钙钛矿光电极”
光电极效率达12.8%，使用12小时效率仅下降10.2%

韩国本土研究团队开发出一项新技术，有望将利用太阳能生产绿色氢气的产量和效率提升至世界最高水平。

[图1] 与保护层镍箔上的合成 Fe-Ni3S2 结合的钙钛矿光阳极示意图。图片由GIST提供

光州科学技术院（GIST）10日表示，新材料工学部教授 Lee Sanghan 与韩国科学技术院（KAIST）教授 Seo Jangwon 等人合作，通过应用一种抑制“光生载流子”损失的新技术，开发出了在效率和寿命方面均达到世界领先水平的“有机金属卤化物钙钛矿光电极”。

在全球碳中和备受关注的当下，氢能源是必须生产的清洁能源之一。然而，目前大部分氢气仍由化石燃料制得，并伴随二氧化碳排放，因此必须发展利用太阳能生产“绿色氢气”的技术。在利用太阳能生产绿色氢气时，通常采用光电化学水分解方法。光电极吸收太阳光产生光生载流子，这些光生载流子分解水生成绿色氢气；但一旦光生载流子发生损失，光电极的效率就会下降。

研究团队通过引入两项抑制光生载流子损失的核心技术，成功开发出世界领先水平的钙钛矿光电极。团队将单分子有机物氯代缩水甘油三甲铵涂覆在光电极的氧化锡层上，从而调控氧化锡与钙钛矿界面之间的缺陷，结果降低了光生载流子未能转化为电能而以热能形式释放的现象。

随后，团队将光电极镍箔保护层上原先合成的镍–铁双层氢氧化物催化剂，替换为掺铁的硫化镍催化剂，从而促进了光电极与电解质之间的水分解反应。研究团队通过在光电极内部调控缺陷、在外部促进水分解反应，有效抑制了内外部光生载流子的损失。其结果不仅实现了达到世界先进水平的12.8%光电极效率，而且在使用12小时后效率仅下降10.2%，表现出极高的稳定性。

Lee 教授表示：“我们证明了，跳出既有方法框架，通过‘损失控制’技术可以制备出兼具世界顶级效率和稳定性的钙钛矿光电极”，“预计这一技术将应用于下一代光电极，用于提升绿色氢气的生产效率”。