科學家發明廉價太陽能電池 利用率大增

植物可以毫不費力地儲存太陽能：在光合作用中，它們利用光來制造富含能量的化合物。但是，它們的光能利用率只有1%左右。因此，科學家們很早就開始嘗試人工光合作用并制造可利用太陽能獲取氫的電池。

據報道，這類光合作用電池的研發工作現在已取得了重大進展。一個國際科研團隊在最新一期美國《科學》雜志上撰文介紹了一種既高效又廉價利用太陽能從水中獲取氫的方法。這種所謂的鈣鈦礦太陽能電池技術的光能利用率達到了12.3%。

氫因其高能量密度而被視為未來重要的能量載體。盡可能高效率地通過陽光來獲取氫將解決在利用太陽能的過程中存在的主要問題：氫只能在白天獲取，且難以儲存。

盡管把常規太陽能電池與利用電能將水分解為氧氣和氫氣的電解器結合起來是有可能的，但成本過于昂貴。將太陽能電池與電解器融合在一個部件內的方法有望提高效率——正如《科學》雜志所描述的方法那樣。

瑞士洛桑聯邦理工學院的米夏埃爾·格雷策爾領導的科研團隊稱，新式太陽能電池使用了鈣鈦礦、鎳和鐵這些地球上儲量豐富的物質。

格雷策爾因為以他命名的電池而聞名。這種電池是以硅為基礎的傳統太陽能電池的替代品。格雷策爾電池借助自然燃料來吸收太陽能，原理類似植物的光合作用。但迄今為止往往使用一些價格高昂的稀有元素。

現在，研究人員現將兩個鈣鈦礦太陽能電池組合在一起，這樣就能給電解水提供足夠的電壓(至少1.23伏)。電解水通過兩個化學反應實現，一個制造氫氣，一個制造氧氣。出于成本原因，格雷策爾和他的同事決定為這兩個反應選擇一種催化劑：摻入鐵的鎳氫氧化物。這種物質和泡沫鎳共同構成了電極的外表面，水的電解就在其上面發生。

測試中，分解水的光電流越來越弱，但間歇期(在實際運行中可能是在夜間)過后又恢復了全部功率。研究人員目前還不能理解為什么鈣鈦礦太陽能電池會有如此表現。

美國密歇根州立大學的托馬斯·哈曼在發表于《科學》雜志的一篇評論中寫道：“盡管上述水解方法12%的光能利用率已經不同尋常，但還有很多方法去提高它。”

他寫道，如果鈣鈦礦太陽能電池與一塊半導體(比如硅)組合在一起，光能利用率將提升至20%；借助更合適的催化劑也能改進制造氫氣的化學反應。他說，搞清楚鈣鈦礦太陽能電池能否在未來的能源競爭中戰勝化石燃料，將是件激動人心的事情。