2021 Nat. Commun.:SOEE 15.4%!新组成SFB促进开发实用太阳能电池

因精准才能顶尖!

  Nature Communications (IF 14.919) 在2021年1月刊登美国威斯康辛大学Song Jin、香港城市大学Jr-Hau He等人的研究。由于对于干净与可再生的能源需求日益增长,刺激了对于间歇性能源-太阳能同步转换和储存技术的发展。其中若使用太阳能驱动的光电化学 (photoelectrochemical, PEC) 水分解所产生的氢气与还原二氧化碳作为生产燃料,可用于收集太阳能并将其以化学能型态储存。然而实际的PEC技术仍存在一些问题,如在PEC条件下许多光电极材料的稳定性差,需要额外的燃料电池装置来再生来自太阳能燃料的电力等问题。因此,将光伏 (photovoltaic, PV) 或可再生PEC电池与氧化还原液流电池 (redox flow battery, RFB) 单片集成所产生的太阳能液流电池 (solar flow battery, SFB),已成为一种替代方法来解决传统PEC技术的困难。

  但最近高太阳能输出电效率 (solar-to-output electricity efficiency, SOEE ) 被证明在SFB中,所使用的复杂多结光电极在实际应用中并不理想。此篇研究,作者们提出一种更稳定且效率好的集成SFB,是由具有n-p-n夹层设计的背照式单结GaAs光电极所构成。

Schematic design PV performance SJ-GaAs solar cell

SJ-GaAs太阳能电池和SFB器件的原理图设计及其光伏性能。

  过程中作者使用光焱科技QE-R量子效率测量系统等仪器进行实验与数据量测。结果发现,GaAs SFB的合理电位匹配模拟和操作条件优化,使得单结SFB器件的SOEE达到15.4%。另外,中性pH电解质中的TiO2保护层和强大的氧化还原对,使SFB能够在408h (150次循环) 内实现稳定循环。这些结果,促使更实用太阳能电池的使用,其具有更高的光电流密度但相对较低的光电压,以用于高性能的SFB,并期望能够实现离网电气化应用,例如太阳能家庭系统,为进一步开发实用SFB拓展新的道路。

  量子效率测量系统除了用于钙钛矿太阳能电池的EQE (External Quantum Efficiency) 光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光仿真器下的短路电流,也提供了Jsc (short-circuit current density)的比对,以证明实验的真确性!

SFB cycling matching simulation characteristic solar cell

电位匹配模拟及SFB循环特性。(c) 电池电位 (蓝色) 和光电流密度 (红色) vs.循环期间集成 SFB 设备的时间。透过使用使用 BTMAP-Fc 和 NMe-TEMPO 氧化还原对,10个SFB循环周期其平均SOEE为15.4%令人印象深刻。

SFB performance comparison solar cell

SFB的性能与过去具有代表性的数据比较。

本文关键词:光电化学、photoelectrochemical、太阳能液流电池、solar flow battery、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1038/s41467-020-20287-w

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