我国科学家大大提高了太阳能制氢的效率

记者26日从中国科学技术大学获悉，俞书鸿院士团队基于窄带隙半导体材料设计了一种具有近红外活性的晶格匹配光阳极材料，研制的异质结表现出优异的光电化学制氢性能。相关成果日前在《自然通讯》上发布。

太阳能直接转化为化学燃料提供了一种储存可再生能源的方式。然而，光电化学制氢的实际应用仍然受到其低能量转换效率的阻碍。目前，越来越多的半导体可以用作光阳极材料。然而，这些半导体通常具有宽带隙，这将它们的光谱吸收范围限制在紫外光和可见光区域。然而，红外光约占太阳能的50%，因此将材料的光谱吸收范围扩展到红外区域将大大提高器件的效率。

窄带隙半导体具有近红外光谱吸收能力。然而，窄带隙半导体中的电子-声子相互作用会缩短光生载流子的寿命，从而导致催化剂表面光生空穴浓度降低，从而降低表面氧化反应的概率。到目前为止，提高近红外有源光阳极的光电转换效率(IPCE)是困难的。

研究人员设计了一种晶格匹配异质结的三元合金基光阳极。阳极的光谱吸收范围扩展到1100 nm，光电化学制氢的能量转换效率提高。晶格匹配形貌异质结避免了晶格失配的影响，减少了界面缺陷的存在，有利于降低光生载流子的复合速率。实验表明，异质结的存在提高了光生载流子的分离效率，从而延长了载流子的寿命。因此，在近红外光下，该材料光阳极的IPCE和光电流密度表现出优异的性能。

本研究提出了一种具有近红外活性的形态异质结的构建策略。通过将窄带隙半导体的优点集成到晶格匹配异质结中，为设计有效的近红外有源光电化学器件提供了新的可能。