我院江丰研究员课题组取得铜锌锡硫

半导体太阳能制氢3.17%的世界最高效率

近日，我院“青年拔尖人才”江丰研究员课题组取得铜锌锡硫（Cu2ZnSnS4）太阳光全解水制氢效率的最新世界纪录3.17%，预示着Cu2ZnSnS4太阳光水解制氢电极体系彻底迈入可商业化的太阳能水解制氢电极体系。相关详细结果以Paper(全文)的形式发表在国际顶级刊物，皇家化学会旗舰级期刊《Energy & Environmental Science》 (影响因子：30.289) ，2021, DOI: 10.1039/D0EE03892J 。文章题为“3.17% efficient Cu2ZnSnS4–BiVO4 integrated tandem cell for standalone overall solar water splitting”。江丰研究员是论文唯一通讯作者，江丰研究员课题组2019级博士研究生黄定旺是论文第一作者，我校是论文独立通讯单位。这也是近年来华南师范大学作为独立通讯单位在《Energy & Environmental Science》上发表的首篇论文，也是我校近年来作为通讯单位在影响因子大于30.0的自然科学期刊发表的为数不多的高水平学术论文之一，同时也是江丰研究员自独立工作以来取得的代表性/里程碑式成果。高效稳定的化合物半导体太阳能水分解制氢装置可以实现太阳能到氢能的转换，将太阳能以氢能的形式储存起来。氢的无碳以及高质量比能量（143 MJ kg-1）的特性，使得太阳能到氢能的转化非常有应用前景。同时氢能本身也是一种清洁能源，其燃烧产物只有水，不会对环境造成污染。具有与CIGS相似的结构的纯硫化物Cu2ZnSnS4（CZTS）是一种非常有吸引力的半导体材料，其带隙约为1.5 eV，适用于高效，低成本且环保的太阳光分解水产氢光阴极。在本工作中江丰研究员课题组首次将异质结处界面钝化技术应用于光阴极分解水领域，并在电极表面修饰金属氧化物钝化层以提高器件工作稳定性。同时，利用EIS、TRPL、瞬态光电流、LI-Voc等一系列表征载流子传输特性的测试手段，以探究钝化效应背后的深层机理。最终，制备的CZTS-BiVO4无偏压太阳光自分解水产氢电极体系的太阳光水解制氢效率达到世界最高值3.17%。最后，江丰研究员团队还将该串联器件扩展至大小为5Χ5 cm的大尺寸集成式无偏压太阳光水解制氢器件，并首次应用于户外自然阳光下的海水/湖水分解制氢的应用。这是大面积CZTS太阳光水解制氢器件的首次报道，是CZTS阳光水解制氢器件的大规模实际应用的一个起点。