钙钛矿与氮化镓联手为太阳能制氢提供了有希望的途径

　　一种通过太阳能水分解获得清洁氢的新方法为实现净零碳排放提供了一条有希望的途径。最近由美国能源部(DoE)资助，密歇根大学(University of Michigan)的一个研究小组旨在稳定钙钛矿基太阳能电池，以生产高效、低成本、超稳定的绿色氢燃料。

　　Zetian Mi教授说：“钙钛矿在收集太阳能和驱动水分解方面具有巨大的潜力，为我们提供了清洁的氢燃料，”密歇根大学电气与计算机工程教授Zetian Mi说，他是该项目的负责人。“这是一种真正的碳中和方法。”

　　太阳能水分解是一个利用太阳从水中分离氢来复制光合作用的过程。氢气可以作为化石燃料的清洁能源替代品。然而，目前通过人工光合作用生产氢气的方法仍然会产生排放。

　　“氢本身是清洁的，但目前生产氢的过程不是，”Mi说。“例如，如果我们驾驶氢燃料电池汽车，作为司机，我们实际上不会产生二氧化碳。但在美国的其他地方，我们排放了大量的二氧化碳来生产我们用来驱动汽车的氢气。”

　　蓝氢是一种将化石燃料排放的温室气体封存起来以防止对环境造成影响的制氢方法。虽然这比灰氢更可持续，但从长远来看，蓝氢并不实用。为了实现真正的清洁氢，或“绿色氢”，整个生产过程必须没有化石燃料的排放。但要实现这一点，太阳能电池技术需要升级。

　　“目前的太阳能电池技术主要基于硅，但许多人认为下一代将是钙钛矿，”Mi说。“这种材料具有与硅相似甚至更高的效率，但它不需要那么多的材料，总体成本要低得多。”

　　钙钛矿在提高人工光合作用和各种光电器件的可持续性方面具有许多可能性。然而，它也是出了名的不稳定。

　　“理想情况下，你希望太阳能电池板能够使用20年或30年甚至更长时间，”Mi说。“但钙钛矿材料的稳定性通常只有几小时或几天，这取决于它们的封装方式。”

　　为了解决这个问题，Mi的团队将使用氮化镓(GaN)，一种广泛用于LED照明和电子工业的材料，来稳定钙钛矿材料的表面。这种方法是基于他们最近与劳伦斯伯克利国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作完成的工作，通过美国能源部的氢联盟，他们证明了在氮化镓(GaN)表面保护下，高效的硅基光电极可以工作超过3000小时而不会出现性能下降。

　　“使用氮化镓来稳定钙钛矿的表面是非常有前途的，并且可以为这种神奇的材料开辟许多新的可能性，”Mi说。“这可以使钙钛矿基太阳能电池和其他光电器件稳定运行。”

　　钙钛矿材料的开发和合成由托莱多大学的Yanfa Yan教授领导，他是该项目的共同负责人。Mi的团队将钙钛矿与氮化物和硅结合起来，同时实现高效率和长期稳定性。Mi的团队也在他们的实验室里测试了水的分解能力。

　　该项目由美国能源部的能源地球计划(Energy Earthshots Initiative)资助，该计划旨在在十年内将清洁氢的成本降低80%至每公斤1美元(称为“1 1 1”计划)。

　　（素材来自：University of Michigan 全球氢能网、新能源网综合）