太陽能電池的低轉(zhuǎn)化率一直困擾著科學(xué)家們，而瑞士的研究人員找到了一種低成本制作光電化學(xué)電池的方法，這種新型電池大幅提高了光的轉(zhuǎn)化率，并將光能最終轉(zhuǎn)化成氫氣——一種綠色能源。

　 

　　雖然太陽一小時(shí)提供的能量就足夠人們用一年，但是太陽能在全球使用的能量中只占區(qū)區(qū)1%。很多研究人員都致力于制造能更高效地將太陽光轉(zhuǎn)化成電能的電池。不過，有些研究者在嘗試把太陽能轉(zhuǎn)化成燃料，他們使用的是所謂的光電化學(xué)電池（photoelectrochemical cells，下文簡稱PEC電池）。可惜，PEC電池的制作工藝大多很復(fù)雜，轉(zhuǎn)化效率也很低。不過，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology）的FlorentBoudoire和Artur Braun認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了改進(jìn)制造工藝的方法。

 

　　Boudoire先生和Braun博士感興趣的這種PEC電池可將光能用于水的電解，產(chǎn)物則是氫氣和氧氣。他們首先用光電極把光能轉(zhuǎn)化成電能，之后再將其用于電解水，最終就生成了氫氣和氧氣。

 

　　這種PEC電池使用三氧化二鐵（Fe2O3）和氧化鎢（WO3）來捕獲光能。其中，F(xiàn)e2O3吸收可見光而WO3吸收紫外光。除此之外，WO3還擁有很高的折射率。這就是說，一旦進(jìn)入WO3內(nèi)部，光線就會在其中來回反射，很難逃出來，這種內(nèi)反射現(xiàn)象增加了光線被吸收的幾率。因此，二者聯(lián)用可以吸收多達(dá)35%的入射光。

 

　　因此，理論上這種電池前景不錯(cuò)。不過，人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)方法并不實(shí)際，因?yàn)镕e2O3導(dǎo)電性能不佳，除非把它做成很薄的一層薄膜。而如果做成薄膜，又無法吸收足夠的光能來電解水了。

 

　　一種辦法是使用平版印刷技術(shù)（lithography）提高電池吸收光的能力。該技術(shù)可以塑造電池各組分的形狀，同時(shí)也給電池涂上改變其電性能的物質(zhì)。不過，這種方法成本高昂。所以Boudoire先生和Braun博士要尋找一種低成本的方法。

 

　　他們在一篇即將發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志（Energy & Environmental Science,IF:11.653）上的論文中描述了這種方法：首先制備直徑幾百個(gè)納米的WO3小球，之后涂上薄薄的一層Fe2O3。這種結(jié)構(gòu)不僅能使內(nèi)反射最大化現(xiàn)象，同時(shí)反射光還能在兩種物質(zhì)的界面處被Fe2O3吸收。關(guān)鍵的是，研究人員已經(jīng)找到了低成本的制造方法。

 

　　首先，將鎢酸銨溶液與聚合物混合生成乳濁液，其中每個(gè)聚合物小液滴中都含有鎢酸銨。將其噴涂在一層玻璃上后干燥。接下來，在玻璃置于爐子中加熱，以燒掉其中的聚合物，這樣小液滴就會轉(zhuǎn)化成氧化鎢小球。最后，將硝酸鐵溶液噴涂在制成的氧化鎢小球上，再次焙燒就可以在小球外層生成氧化鐵。

 

　　這種PEC電池的光吸收能力，以及將光能轉(zhuǎn)化成電能的能力都很好，并且該法容易大規(guī)模進(jìn)行。也就是說，這種方法制備的PEC電池有可能工業(yè)化。接下來生成的氫氣可以當(dāng)做燃料出售，可以就地儲存，到晚上用來發(fā)電。

 

　　意外地是，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后研究人員發(fā)現(xiàn)，大自然早就這么做過了。他們制造具備球形光線捕獲器的電池，其微觀結(jié)構(gòu)與蛾類眼睛的結(jié)構(gòu)很像。后者眼中也有微小的可以吸收光線的小球，蛾類進(jìn)化出這樣的眼部結(jié)構(gòu)是為了在黑暗中盡量多得捕獲光線，同時(shí)盡量不反射光線，避免被捕食者發(fā)現(xiàn)。在某種程度上講，日光之下無新事。