探索提高光电极太阳能转换效率的新方法

光电化学电池制氢是解决能源短缺的可能途径之一,然而太阳能转换效率低限制了其大规模实用化。提出了通过提高量子转换效率(IPCE)和减小带隙等手段来提高太阳能转换效率。利用异质结中的内建电场,有利于电子空穴分离,从而提高量子转换效率。以WO3/Fe2O3异质结光电极为例,在400～530nm波长范围内,其量子转换效率高于单一的WO3和Fe2O3电极的总和。窄带隙半导体材料能够吸收更多的可见光,从而提高太阳能转换效率。窄带隙材料可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的价带进行调控来获得。以(SrTiO3)1-x·(LaTiO2N)x(0≤x≤0.40)为例,随着x的增加,价带提高而带隙逐渐减小。当x=0.4时可见光响应超过600nm,IPCE的最大值4.6%出现在410nm左右。窄带隙材料也可以通过固溶体方法对宽带隙半导体的导带进行调控来获得。以InxGa1-xN(0≤x≤0.20)为例,固溶体的带隙随着x的增加而逐渐减小,固溶体带隙减小主要是由于导带降低引起的;当x=0.2时可见光响应超过480nm,在400～430nm波长范围内最高IPCE达到9%。