近日，韩国国家科学技术研究委员会下属的韩国机械材料研究所(KIMM)取得重要技术突破，开发出一种在自然阳光下能稳定产生高光电流以高效生产氢气的技术。这一成果通过简化此前复杂的多步骤流程，大幅缩短了制造时间，有望推动太阳能制氢技术加速商业化。
该研究由KIMM纳米融合制造研究部首席研究员兼纳米光刻与制造研究中心负责人Jihye Lee博士领导。研究团队聚焦于提高BiVO₄(钒酸铋)光电极的生产率，以此实现氢气产量的最大化。相关研究结果已发表在《材料化学A》杂志上。
BiVO₄作为一种金属氧化物，因其具备高光吸收率和太阳能到氢(STH)转换效率，被视为太阳能水分解系统的关键材料。然而，此前BiVO₄前驱体溶液的浓度最高仅能达到100 mM。受此限制，要形成高性能薄膜，需进行八次以上的旋涂和热处理，这不仅显著减慢了工艺速度，还增加了材料消耗，最终导致生产效率低下。
为克服这些局限，研究团队通过优化乙酰丙酮、乙酸和二甲基亚砜(DMSO)的混合比例，成功开发出高浓度的BiVO₄前驱体溶液。采用这种新溶液，仅需一步旋涂便可制备出均匀、高性能的BiVO₄薄膜。与传统方法相比，整体生产率提高了约5.9倍。
此外，研究团队还制作了一个144cm²的大面积光电极，并将四个这样的光电极连接起来，创建了一个576 cm²的超大电极系统。通过将该系统与硅太阳能电池并联，研究团队成功实现了仅利用自然光制氢，无需任何外部电源。即使在自然光下，该系统也能产生稳定且高的光电流，显著提高了环保制氢的经济可行性和效率，增强了其商业化前景。
Jihye Lee博士表示：“这项研究通过开发高浓度BiVO₄前驱体溶液，在大面积光电极的制造效率和生产率方面取得了突破。我们期待它将有助于加速向可持续能源的转型以及绿色氢气生产的商业化。”
目前，研究团队已基于该技术申请了国内及PCT(专利合作条约)专利。
更多信息：Hoyoung Lee 等人，《大面积光阳极制造工艺的突破：高浓度前驱体溶液与溶剂混合及一步旋涂法制备高 PEC 性能的 BiVO4》，《材料化学 A 杂志》(2024 年)。
