光电化学水分解效率达到4.5%

 
太阳能转换为解决能源问题提供了一种有前途的技术，但是设备性能可能会受到不希望的阳光吸收的限制。研究人员显示，硫氰酸铜可以协助氧化物光电电极中的空穴传输，并在串联装置中实现4.55%的太阳能转化效率。
用于产生氢燃料的光电化学(PEC)水分解被认为是电化学的圣杯。但是要实现这一目标，许多科学家认为材料必须丰富且成本低廉。
最有前途的氧化物光电阴极是氧化亚铜(Cu2O)光电电极。在2018年和2019年，EPFL的研究人员使用氧化亚铜取得了卓越的性能，可与基于光伏(PV)的半导体光电阴极媲美。
但是难题中仍然缺少一块。即使最先进的Cu2O光电阴极仍使用金属背接触(铜或金)，从而实现了显着的电子-空穴复合。其他缺点包括高成本，并且金属触点不允许未吸收的阳光通过。
现在，EPFL的科学家首次表明，硫氰酸铜(CuSCN)可以用作Cu2O光电阴极的透明有效空穴传输层(HTL)，其整体性能得到增强。这项研究由EPFL化学科学与工程学院的Anders Hagfeldt教授，MichaelGrätzel和Kevin Sivula领导。
对两种类型的CuSCN的详细分析表明，缺陷结构可能有利于空穴传导。而且，由于CuSCN和Cu 2 O的价带之间的重合排列，发现CuSCN中的带尾态辅助空穴传输使得在有效阻止电子传输的同时允许平滑的空穴传导。
通过独立的PEC-PV串联可进一步显示CuSCN的光学优势，其太阳能到氢的效率为4.55%。该效率(12小时为4.55%)目前在所有基于Cu2O的双吸收器tandems中是最高的。
这项研究提出了超越最先进的Cu2O光电阴极的明显而令人印象深刻的进步，这可以促进并激发该领域的未来发展。
该论文的第一作者潘灵峰说：“尽管在这项工作中使用氧化物材料可以达到最高数量，但我们认为更高的价值并不遥远。” “发现至少三个方面不是最佳的，但是改进它们是非常可行的。效率值越来越接近以前被认为是商业化门槛的那个。”