CN114086195A - 一种太阳电池电解水制氢的系统 - Google Patents

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王文武
冯良桓
曾广根
张静全
武莉莉
李卫
赵德威
黎兵
郝霞
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Abstract

本发明公开了一种通过太阳电池直接电解水制取氢气的系统。太阳电池电解水制氢的系统主要包括透明电解池、太阳电池、反射镜、隔膜等组成。进入系统的太阳光直接照射在太阳电池上或者经过电解池底部的反射镜反射到太阳电池上，产生电子‑空穴对在其两端聚集，通过电子和空穴的强还原性和氧化性，在太阳电池两侧通过还原反应或者氧化反应产生氢气和氧气，然后将产生的气体收集。

Description

一种太阳电池电解水制氢的系统
技术领域
本发明属于一种利用光生伏打效应，利用太阳光产生电子-空穴对，然后电解水制备氢气的半导体器件装置，是一种直接利用太阳能电解水制氢的方法，属于太阳电池和电解水制氢之技术领域，属于能源领域。
背景技术
氢气的热值非常高，其燃烧产生的热量是煤炭的4倍，汽油的3倍。并且氢气燃烧的产物是水，而水分解后产物又是氢气和氧气。因此如果以氢气作为能源，在用合适方法分解水制氢，这样就可以形成不会枯竭，且不会产生废弃和烟尘的真正的清洁能源。但是目前制氢的方法会消耗大量的现有的能源，因此人们一直在寻求一种更容易实现，经济可行的制氢的方法。太阳能是可以说是地球上另外一种不会枯竭的绿色能源，如果能够以太阳能直接电解水制氢将会是一种前景最为广阔，也是真正意义上的清洁和可持续的能源。
电解水制氢的过程中在，在阴极发生反应：4e+H2O=H2+4(OH)-，而在阳极发生的反应为：4(OH)-=O2+4e。这就需要在阴极和阳极分别提供还原能力和氧化能力极强的物质才能促成该反应的发生，目前电解水基本上采用电能促进该反应的发生。实际上还原能力和氧化能力最强的应该是电子和空穴，而太阳电池在光照条件下刚好能够产生电子-空穴对。因此如果能将电子-空穴对直接用于电解水制氢将会是一种新型，经济可靠的制取氢气的方法。
发明内容
我们首先提出了一种基于太阳电池直接电解水制氢的系统，可以有效的解决现在电解水制氢一些技术上不足。为了实现上述的目的，本发明提出以下技术方案：
一种太阳电池电解水制氢的系统主要包括：透明电解池，太阳电池，隔膜，反射镜等组成。太阳电池产生的电子-空穴对直接通过氧化-还原反应电解水制备出氢气和氧气。将制备的氢气与氧气收集起来用作其他用途。
这种太阳电池电解水制氢的系统与现在技术相比，本发明更有益的效果是：直接利用太阳电池的产生的电子-空穴对通过氧化还原反应电解水制取氢气，不在需要消耗额外的能源，更加清洁；将太阳电池与电解水制氢有机结合起来，减少电能存储，转换、输运过程带来的损耗，更高效；可以实现低成本、可移动式的电解水制备氢气的全新系统。
附图说明
图1：太阳电池电解水制氢的系统结构示意图，其中1、透明电解池，2、太阳电池，3、隔膜，4、反射镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、系统地描述，显然，所描述的实施例不是全部的实施例，而仅是本发明一部分实施例。
本发明提供一种利用太阳电池直接电解水制取氢气的系统。该系统包括：1、透明电解池，2、太阳电池，3、隔膜，4、反射镜等组成部分。
本发明提供一种技术方案：进入系统的太阳光直接照射在太阳电池上或者经过电解池底部的反射镜反射到太阳电池上；太阳电池在光照条件下产生电子-空穴对；电子-空穴对在其内建电场作用下，向着太阳电池两端扩散；在太阳电池两面聚集的空穴或者电子与水发生氧化反应或者还原反应；在太阳电池的p型一侧会产生氧气，在n型一侧会产生氢气；将产生的氢气与氧气分别收集并存储即可使用。
本发明把太阳电池与电解水制氢有机结合起来，可以有效提高能源利用效率，并可做成可移动式、低成本的氢气制备方式。本发明可广泛应用于制氢领域。

Claims (5)

1.一种太阳电池电解水制氢的系统，其特征包括：透明电解池，太阳电池、反射镜、隔膜等组成，所述太阳电池用于吸收入射的太阳光，产生的光生电子-空穴对在太阳电池两侧聚集，通过其强还原性和强氧化性发生还原反应和氧化反应，在其两侧产生氢气和氧气。
2.根据权利要求1所述的一种太阳电池电解水制氢的系统，其特征是透明电解池可以是圆柱体，正方体、长方体，四面体等，其顶部及侧面都是透明，允许太阳光直接透过。
3.根据权利要求1所述的一种太阳电池电解水制氢的系统，其特征是太阳电池可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅、碲化隔、砷化镓、铜铟镓硒、钙钛矿及有机太阳电池等单结太阳电池或者其中两种或多种组成的多结太阳电池。
4.根据权利要求1所述的一种太阳电池电解水制氢的系统，其特征是反射镜与透明电解池底部之间夹角范围为：0度到90度。
5.根据权利要求3所述的太阳电池，其特征是可以是包括正、负电极在内的完整结构的太阳电池，也可以是无正、负电极的仅包含p-n结的不完整结构的太阳电池。
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