文章信息/Info

Title:

New methods to improve solar energy conversion efficiency of photoelectrodes

作者:

羅文俊; 李朝升; 鄒志剛

南京大學 環境材料與再生能源研究中心

Author(s):

LUO Wenjun;  LI Zhaosheng;  ZOU Zhigang

Nanjing University

關鍵詞:

光電化學電池;  WO₃/Fe₂O₃異質結;  太陽能制氫

分類號:

TK511+.4

文獻標志碼:

A

摘要:

光電化學電池制氫是解決能源短缺的可能途徑之一，然而太陽能轉換效率低限制了其大規模實用化。本文提出了通過提高量子轉換效率 (IPCE) 和減小帶隙等手段來提高太陽能轉換效率 。利用異質結中的內建電場，有利于電子空穴分離，從而提高量子轉換效。以 WO₃/Fe₂O₃ 異質結光電極為例， 在 400nm-530nm 波長范圍內，其量子轉換效率高于單一的 WO₃ 和 Fe₂O₃ 電極的總和。窄帶隙半導體材料能夠吸收更多的可見光，從而提高太陽能轉換效率。窄帶隙材料可以通過固溶體方法對寬帶隙半導體的價帶進行調控來獲得。以 (SrTiO₃) _1-x · (LaTiO₂N) _x (0≤x≤0.40) 為例，隨著 x 的增加，價帶提高而帶隙逐漸減小。當 x=0.4 時可見光響應超過 600nm ， IPCE 的最大值 4.6% 出現在 410nm 左右。窄帶隙材料也可以通過固溶體方法對寬帶隙半導體的導帶進行調控來獲得。以 In_xGa_1-xN (0≤x≤0.20) 為例， 固溶體的帶隙隨著 x 的增加而逐漸減小，固溶體帶隙減小主要是由于導帶降低引起的；當 x=0.2 時可見光響應超過 480nm ，在 400nm-430nm 波長范圍內最高 IPCE 達到 9% 。