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太阳能制氢再获突破
光学转化的未来前景
近日，美国莱斯大学的工程师们将下一代卤化物钙钛矿半导体，与电催化剂集成在一个单一、耐用、经济、可扩展的设备中，创造出一种能将阳光转化为氢气的装置，其效率达到了破纪录的水平。这种装置本质上是一种光电化学电池，其采用了新一代卤化物钙钛矿半导体和电催化剂，可以利用太阳能来驱动各种化学反应，将原料转化为燃料。该技术是清洁能源向前迈出的重要一步，可以作为一个广泛的化学反应平台，利用太阳能收集的电力将原料转化为燃料。根据研究人员的说法，该装置的设计关键在于一个“防腐层”，可以有效地将半导体与水隔离，同时不影响电子的传递，该装置拥有惊人的20.8%的太阳能转氢能效率。
“利用阳光作为能源来制造化学品是清洁能源经济的最大障碍之一，我们的目标是建立经济上可行的平台，可以产生太阳能衍生燃料。在这里，我们设计了一个吸收光并在其表面完成电化学水分解反应的系统。”据了解，这种装置被称为光电化学电池，因为其在同一个设备中完成了光的吸收、转化为电力和利用电力来驱动化学反应的过程。以前，使用光电化学技术来生产绿色氢气受到了低效率和半导体成本高昂的限制。
（文章内容来源于网络）具体而言，研究人员将太阳能电池改造成了一个反应器，可以利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。但他们必须克服的挑战是，卤化物钙钛矿在水中极不稳定，而且用来隔绝半导体的涂层会干扰或损坏它们。“在过去的两年里，我们反复尝试不同的材料和技术，”不过最终，研究人员终于找到了一个成功的解决方案。他们说，“我们关键的发现是，需要两层防护层，一层用来阻挡水，另一层用来在钙钛矿层和保护层之间形成良好的电接触。我们的结果是光电化学电池中最高的效率，也是使用卤化物钙钛矿半导体的最佳效果。
研究人员展示了他们的防护层设计可以适用于不同的反应和不同的半导体，使其可以应用于多种系统。这项技术可以开启氢经济，并改变人类的生产方式，从化石燃料转向太阳能燃料。
制氢减少温室效应
替代化石燃料
存储电能有不同方法，例如电池或液压泵。其中大多数方法不能满足必要的需求或不能长期存储大量电能。但是，有一种能量载体可以使电能按照这些要求进行存储和分配，那就是氢。现在，一项新研究告诉我们，太阳能可以干净地转化为可储存的氢燃料。这项由英国斯特拉思克莱德大学领导进行的研究表明，太阳能可以被获取并转化为清洁的可再生燃料氢。
大多数氢气仍由产生温室气体的天然气制成，我们迫切需要生产绿色氢气。绿色氢气是使用光催化剂从水中产生的，光催化剂是一种利用阳光将水分解成氢气和氧气的材料。而我们所说的绿色氢，指的是一种没有产生污染排放的氢。它被视为实现地球脱碳和履行应对气候变化年承诺的关键能源载体。
当用于燃料电池时，氢气在使用时不会排放温室气体，并且可以帮助需要用到燃料的航运和交通运输等行业以及制造业脱碳。斯特拉思克莱德大学首席研究员塞巴斯蒂安·施普里克博士说：“有丰富的可再生能源资源（以太阳能的形式）来应对可持续能源挑战，到达地球表面的太阳能是全球社会每年所需能量的倍。”
（文章内容来源于网络）所谓光催化剂，指的是一种将光化学与催化相结合的反应。也就是说，光和催化剂这两种元素都是实现或加速化学反应所必需的。研究指出，“这对我们来说是向前迈出的重要一步，因为以前的系统依赖于使用所谓的‘牺牲试剂’来驱动反应。牺牲试剂是电子供体，可降低电子的重组趋势并加快氢的生成速度。现在，科研人员将这个过程变成了‘负能量’过程”。
研究人员说“光催化剂（聚合物）引起了人们极大的兴趣，因为它们的性质可以通过合成方法进行调节，从而可以在未来对结构进行简单而系统的优化，并进一步优化活性。”另一个潜在优势是聚合物可以被印刷出来。这就可以使用具有成本效益的印刷技术进行规模化，就像报纸印刷一样。
°C依然可以实现
天然气制氢获得成功
制氢技术是氢能产业的源头，对氢能产业链的整体布局与发展颇为重要。中国科学院工程热物理研究所近日首次实现了°C温和条件下“净零排放”的天然气制氢原理突破。
据介绍，通过有序分离氢气和CO2产物，天然气制氢反应温度由传统的-°C降至°C以下，实现了99%以上甲烷直接转化为高纯氢与高纯CO2，并实现了基于化石能源的制氢与脱碳的完全协同。制氢与脱碳能耗下降幅度达20-40%。基于此，该工作结合商业化中温槽式聚光技术，实现了太阳能驱动的天然气制氢与脱碳，进一步减少化石能源制氢的碳足迹，展示了化石能源与可再生能源互补实现可持续氢能利用的可行性。反应温度的降低使工业余热与氢能的结合成为可能。迄今为止，研究人员已完成了超过次的稳定循环实验，验证了该方法的可靠性，并初步展示了技术转化应用的广阔前景。
投资30亿
全球最大氢能项目落户新疆
近日，我国在太阳能大规模制氢领域取得好消息，全球最大的光伏绿氢生产项目在新疆正式开建，这是我国首个万吨级光伏绿氢示范项目，一旦正式投产年产量可以达到吨，对于推动我国绿氢产业链有着重要意义，也意味着氢能产业将会进入黄金发展期。该项目是国内第一次大规模将光伏发电直接用来制氢，此次项目总投资更是达到近30亿。项目主要需要解决五大技术难题，包括光伏发电、输变电、电解水制氢，以及氢气的储存和运输5个方面。
该项目新建的装机容量达到兆瓦，光伏电站每年发电量预计能达到6.18亿千瓦时，电解水制氢厂年产能达到2万吨，装备储氢球罐能够储存21万立方气体，可见其规模之大。该项目预计将会在年6月建成并投产，预计每年能够为GDP贡献1.3亿元，创造税收1多万。
（文章内容来源于网络）目前全球使用的制氢技术主要有4种，分别是化工原料制氢、化石原料制氢、工业尾气制氢以及电解水制氢。在此之前，我们一直使用煤等化石燃料制氢，但是日本科研团队不久前在太阳能制氢技术方面取得突破，实现氢能领域的革命性突破，令人没想到的是，日本率先取得技术破冰，中国直接坐收红利，全球最大的光伏氢能项目直接落户新疆，每年都能给当地创收1.3亿。
氢能作为一种能真正实现零碳排放的新能源，在社会发展中的需求也会越来越多，因此实现这种低成本且环保的方式制氢，便于对氢能进行后续的推广和使用。我国此次集中力量发展光伏氢能项目对于国家发展、保障国家能源安全等方面都有重要作用。而项目中使用的光伏组件、电解槽、储氢球罐等关键装备已经全部实现国产，我们不需要依赖外部力量就能发展制氢产业，对我国新能源发展有着重要意义。
太阳能制氢前
真空镀膜最为重要
在太阳能电池的生产中，镀膜、刻蚀、封装是三大核心工艺环节：
镀膜：钙钛矿的制备工艺与其他薄膜电池类似，需要通过溶液涂布法、溶液喷涂法、气相沉积法等方式，制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜，以改善不同层结构之间的电学接触，减少传输过程中的损耗，实现高的电池转换效率。
刻蚀：通过多道激光刻蚀，可以构建钙钛矿电池中的电路结构，把多个钙钛矿电池串联成组件。
封装：目前的封装技术采用了类似晶硅的技术，主要是替换掉原本晶硅用的EVA胶膜，因为EVA是聚醋酸乙烯酯，它的聚合不可能%完成，里面一定会存在醋酸的残基，而醋酸会跟胺类反应成氨基酸，所以从原理上EVA不可用在钙钛矿，钙钛矿主要用POE材料。
无论是哪种太阳能，都离不开表面镀膜：目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。
（文章内容来源于网络）针对这一问题，在制备太阳能电池时，一般是需要使用真空镀膜手套箱的：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。
方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。
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