以色列理工學院太陽能燃料集優(yōu)研究中心（I-CORE）的科學家研發(fā)出了一種新的光解制氫方法，這種基于納米材料技術的發(fā)明，使低成本光解水制氫成為可能；假如嫁接光伏電池技術，則可能催生制氫光伏產業(yè)，實現(xiàn)光伏發(fā)電和光解水制氫兩個綠色能源生產方式的結合。

這項成果引起了廣泛的關注，有人拿它跟當年名噪一時的人造葉片比較，并認為其前途更加光明。這項成果也使以色列政府近年來傾力打造的腦力回流科研平臺I-CORE格外引人注目。近日，科技日報記者專訪了以色列理工學院太陽能燃料集優(yōu)研究中心該項目首席研究員阿夫納羅斯柴爾德教授。

納米材料技術帶來的革命

用集成串聯(lián)光伏電池實現(xiàn)光解水制氫完全可行，光伏發(fā)電的同時制氫、儲氫，氫燃料再用于補充黑夜和陰天的發(fā)電要。羅斯柴爾德告訴記者，我們已找到一種方式來捕捉光，用超薄鐵氧化物薄膜，也就是用比辦公用紙還薄5000倍的鐵銹，即三氧化二鐵來儲存光，這是實現(xiàn)高效率和低成本的關鍵。他們的研究成果發(fā)表在《自然材料》上，論文題目是《用超薄材料捕獲共振光實現(xiàn)水裂解》。

氧化鐵是一種常見的半導體材料，生產成本低，在水里不易氧化、耐腐蝕、耐分解，比其他半導體材料表現(xiàn)更穩(wěn)定。但它較低的導電性是研究人員面對的最大挑戰(zhàn)?？蒲腥藛T為此奮斗多年，努力找尋光吸收分離和光生載荷收集之間的折衷方法。

我們的光捕獲方法打破了這個瓶頸，氧化鐵超薄薄膜能夠有效地吸收光生電荷。羅斯柴爾德說，類似鏡面的薄膜被置于反射基板上，光線中的四分之一波長或更深的子波長被薄膜捕獲。同時向前和向后傳播的光波之間增強了吸收表面，光生電荷載體的吸收效率更好。

談到這項發(fā)現(xiàn)的重大意義，羅斯柴爾德認為，這項科研成果使光伏發(fā)電和制氫同時進行成為可能。人們可以設計制造出相對廉價的結合有超薄氧化鐵光電極的太陽能電池，這種太陽能電池完全可以采用基于硅材料或其他材料的傳統(tǒng)產品，但能同時實現(xiàn)光伏發(fā)電和制氫。他稱，這些電池實現(xiàn)了太陽能儲存，讓光伏發(fā)電不再受黑夜和陰天影響，這是傳統(tǒng)的光伏發(fā)電無法比擬的。

這項發(fā)明還能減少第二代光伏電池對極稀有金屬的用量，理論上講，在不犧牲發(fā)電性能的基礎上，這種太陽能電池能節(jié)約90%的碲和銦等稀有元素。

水的消耗也是這樣的光伏電廠無法回避的問題，羅斯柴爾德稱，目前他們使用淡水的試驗測算結果，其水的用量以及經濟性和傳統(tǒng)發(fā)電相差無幾。他們還將開展使用海水進行光解制氫的研究，并對此充滿信心。他稱，自去年底他們的科研成果公布以來，他們在提高制氫效率方面又取得了很大進步，理論上講，基于這種技術的光伏電廠已經可以匹敵傳統(tǒng)發(fā)電，其成本不相上下，假如考慮到綠色、環(huán)保、低碳等因素，這樣的光伏電廠已經具備優(yōu)勢。