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(xué) 環(huán)境材料與再生能源研究中心

Author(s):

LUO Wenjun;  LI Zhaosheng;  ZOU Zhigang

Nanjing University

關(guān)鍵詞:

光電化學(xué)電池;  WO₃/Fe₂O₃異質(zhì)結(jié);  太陽能制氫

分類號:

TK511+.4

文獻標(biāo)志碼:

A

摘要:

光電化學(xué)電池制氫是解決能源短缺的可能途徑之一，然而太陽能轉(zhuǎn)換效率低限制了其大規(guī)模實用化。本文提出了通過提高量子轉(zhuǎn)換效率 (IPCE) 和減小帶隙等手段來提高太陽能轉(zhuǎn)換效率 。利用異質(zhì)結(jié)中的內(nèi)建電場，有利于電子空穴分離，從而提高量子轉(zhuǎn)換效。以 WO₃/Fe₂O₃ 異質(zhì)結(jié)光電極為例， 在 400nm-530nm 波長范圍內(nèi)，其量子轉(zhuǎn)換效率高于單一的 WO₃ 和 Fe₂O₃ 電極的總和。窄帶隙半導(dǎo)體材料能夠吸收更多的可見光，從而提高太陽能轉(zhuǎn)換效率。窄帶隙材料可以通過固溶體方法對寬帶隙半導(dǎo)體的價帶進行調(diào)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(dāng) x=0.4 時可見光響應(yīng)超過 600nm ， IPCE 的最大值 4.6% 出現(xiàn)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(dǎo)體的導(dǎo)帶進行調(diào)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(dǎo)帶降低引起的；當(dāng) x=0.2 時可見光響應(yīng)超過 480nm ，在 400nm-430nm 波長范圍內(nèi)最高 IPCE 達到 9% 。