德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)(HZB)的Thomas Schedel-Niedrig教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)近期研發(fā)了一種太陽能轉(zhuǎn)化效率高達(dá)12%的“人造樹葉”，也就是一種多層膜結(jié)構(gòu)的超薄型太陽能電池。這個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)的太陽能電池的工作原理非常簡(jiǎn)單，將其放入水中，再用光照射，就可以把水分解成氫氣和氧氣，從而將太陽能以氫氣的形式儲(chǔ)存起來。但是該電池也存在一些問題。一是必須有充足的光照才能提供足夠大的電壓來將水分解。二是用于制作太陽能的半導(dǎo)體材料不能長(zhǎng)時(shí)間工作于酸性環(huán)境中。

為了應(yīng)對(duì)這些問題，科學(xué)家們決定給太陽能電池加上一層透明的、導(dǎo)電性良好的、穩(wěn)定的保護(hù)層。作為保護(hù)層的材料要選擇哪一種呢?研究人員將目光鎖定于目前非?；鸬亩S材料——石墨烯。石墨烯雖然已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)，但是在電化學(xué)上成功應(yīng)用的案例卻并不多。此次，科學(xué)家們將其作為有機(jī)物的保護(hù)層，大大提高了太陽能的轉(zhuǎn)化效率。研究人員還觀察到，長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)后轉(zhuǎn)化效率也沒有退化，依然能夠維持在12%。

該研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的太陽能電池還有另外一個(gè)亮點(diǎn)，那就是催化劑的二次使用。該團(tuán)隊(duì)的一個(gè)博士生Anahita Azarpira解釋道：“制作樣本時(shí)，首先在半導(dǎo)體硅上生成碳?xì)湓渔?，然后沉積催化劑二氧化釕的納米顆粒，從而形成一個(gè)3-4nm厚的穩(wěn)定的導(dǎo)電聚合物層?！倍趸懠{米顆粒在反應(yīng)過程中發(fā)揮了兩次作用。第一次是為有效的有機(jī)物的發(fā)展提供了保護(hù)層，使原本復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)單化;第二就是發(fā)揮了作為催化劑的本質(zhì)作用，加速了水分子的分解。該研究成果已經(jīng)發(fā)表在Advanced Energy Materials。