使用简单的太阳能电池和由金属氧化物制成的光阳极，HZB和TU Delft的科学家们成功地以氢的形式化学储存了近5%的太阳能。这是一个重大的壮举，因为太阳能电池的设计比基于非晶硅的高效三结电池或传统上用于此目的的昂贵的III-V半导体的设计简单得多。将由加入少量钨原子的金属氧化物钒酸铋(BiVO4)制成的光阳极喷涂到一片导电玻璃上，并用廉价的磷酸钴催化剂涂覆。
“基本上，我们结合了两全其美，”HZB太阳能燃料研究所负责人Roel van de Krol博士解释说：“我们从化学稳定，低成本的金属氧化物开始，添加一个非常好但简单的硅基薄膜太阳能电池，以及 - 我们刚刚创造了一种具有成本效益，高度稳定和高效的太阳能燃料装置。“
因此，专家们能够开发出一种相当优雅和简单的系统，用于利用太阳光将水分解成氢气和氧气。这个过程称为人工光合作用，它允许太阳能以氢的形式存储。然后氢气可以直接或以甲烷的形式用作燃料，或者它可以在燃料电池中发电。一个粗略的估计显示了该技术固有的潜力：在德国的太阳能表现为每平方米约600瓦，100平方米的这种类型的系统理论上能够以氢的形式存储3千瓦时的能量。一个小时的阳光。这种能量可以在晚上或阴天时使用。
作为光阳极的金属氧化物防止太阳能电池的腐蚀
Van de Krol和他的团队基本上从一个相对简单的硅基薄膜电池开始，其中添加了金属氧化物层。该层是电池中与水接触的唯一部分，并且用作形成氧的光阳极。同时，它有助于防止敏感硅电池的腐蚀。研究人员系统地检查和优化了诸如光吸收，电荷分离和水分子分裂等过程。van de Krol说，理论上，当你使用由钒酸铋制成的光阳极时，太阳能化学效率可达9%。他们已经能够解决一个问题：使用廉价的磷酸钴催化剂，他们设法大大加速了光阳极处氧气形成的过程。
新记录：超过80%的事件光子对电流有贡献!
然而，最大的挑战是在钒酸铋薄膜内有效分离电荷。金属氧化物可以是稳定且廉价的，但电荷载体具有快速重新结合的趋势。这意味着它们不再可用于水分解反应。现在，Van de Krol和他的团队已经发现有助于将钒原子添加到钒酸铋薄膜中。“重要的是，我们以非常特殊的方式分配这些钨原子，以便它们能够建立内部电场，这有助于防止重组，”van de Krol解释说。为此，科学家们采用铋钒钨溶液并将其喷洒在加热的玻璃基板上。这导致溶液蒸发。通过在玻璃上反复喷洒不同的钨浓度，形成了约300纳米厚的高效光活性金属氧化物薄膜。“我们还没有真正理解为什么钒酸铋比其他金属氧化物更好地工作。我们发现超过80%的入射光子对电流有贡献，这是一个出乎意料的高值，创造了金属氧化物的新纪录” van de Krol说。接下来的挑战是将这些类型的系统扩展到几平方米，这样它们就可以产生相应数量的氢气。van de Krol说。接下来的挑战是将这些类型的系统扩展到几平方米，这样它们就可以产生相应数量的氢气。van de Krol说。接下来的挑战是将这些类型的系统扩展到几平方米，这样它们就可以产生相应数量的氢气。
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