NREL创太阳能制氢效率纪录

据外国媒体报道：在技术发展数十年之后，美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）重新审视以前的太阳能制氢研究，纠正了1998年太阳能制氢的效率记录，并在此基础上成功提高了这一过程的系统效率。

2017年早些时候，NREL团队（James Young，Myles Steiner，HenningDöscher，Ryan France，John Turner和Todd Deutsch）发表了他们太阳能制氢的创纪录的研究成果，他们发表在Nature Energy上的论文显示，新的太阳能制氢效率已经达到了16.2%。这一结果打破了该研究院在1998年创造的太阳能制氢世界纪录，成为NREL成立40周年一个重要礼物。

1998年，Turner等人通过光电化学（PEC）分水技术创造了太阳能制氢的世界纪录。PEC系统通过直接注入电子来操作，当太阳光照射浸入酸性电解质中的光伏（PV）电池时产生电子，为水电解反应提供动力。Turner早期成功依赖于20世纪90年代初在NREL开发的串联太阳能电池技术。串联电池使用两个半导体来捕获更多的光，产生反应所需的较高电压。

在之前报道的结果中，太阳能制氢的效率达到了12.4%，这一纪录在太阳能制氢刚刚起步阶段是不可思议的，若能够一直保持这一纪录，则在1998年那个时代，太阳能制氢事实上已经商业可行。但是在其后的十几年中，科学家一直无法将此前报道的方法的规模化，甚至很难达到12.4%这一纪录。

为了探究1998年的世界纪录，NREL进行了重复试验，他们发现，以前使用的一些方法，导致测量错误。仔细观察显示，原始实验已被过度照明，部分原因是该团队没有考虑到名义上不透明的环氧树脂事实上会传输光束，这使实际照明面积大于计算中使用的面积。2016年，Young，Döscher，Turner和Deutsch在Energy & Environmental Science发表了一篇论文，指出了这一错误，并将历史记录效率从12.4％下调至9.3％。在那篇文章中，研究人员表示需要开发PEC设备的标准化和验证测试和技术来确定太阳能与氢气的生产效率。此外，他们建议实验室的任务是以同样的方式测试这一效率。

之后，NREL等研究所一起制定了太阳能制氢的效率研究方法，并在之后的很长一段时间内进行了太阳能制氢效率提高方面的研究。NREL对20世纪90年代末期Turner等人开发的串联电池进行了改进，旧电池由叠置在砷化镓（GaAs）顶部的镓铟磷（GaInP 2）半导体构成。新的电池被称为倒置变质多结装置，它由多层允许倒置砷化铟镓（InGaAs）而不是GaAs层组成，大大提高了器件的效率。科学家们还在系统的顶部沉积了一层薄薄的磷化铟（AlInP），之后再第二层附着了厚的GaInP2薄膜。额外的镀层帮助部分保护半导体免受腐蚀性溶液侵蚀，从而延长寿命。使用倒置变质多连接装置，Deutsch的团队不仅发现Turner等人的记录问题，并且创造了新世界纪录。