Direct Solar Hydrogen Generation at 20% Efficiency Using Low‐Cost Materials

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作者
Yuan Wang,Astha Sharma,The Duong,Hamidreza Arandiyan,Tingwen Zhao,Doudou Zhang,Zhen Su,Magnus Garbrecht,Fiona J. Beck,Siva Krishna Karuturi,Chuan Zhao,Kylie Catchpole
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (34) 被引量:75
标识
DOI:10.1002/aenm.202101053
摘要

Abstract While direct solar‐driven water splitting has been investigated as an important technology for low‐cost hydrogen production, the systems demonstrated so far either required expensive materials or presented low solar‐to‐hydrogen (STH) conversion efficiencies, both of which increase the levelized cost of hydrogen (LCOH). Here, a low‐cost material system is demonstrated, consisting of perovskite/Si tandem semiconductors and Ni‐based earth‐abundant catalysts for direct solar hydrogen generation. NiMo‐based hydrogen evolution reaction catalyst is reported, which has innovative “flower‐stem” morphology with enhanced reaction sites and presents very low reaction overpotential of 6 mV at 10 mA cm −2 . A perovskite solar cell with an unprecedented high open circuit voltage ( V oc ) of 1.271 V is developed, which is enabled by an optimized perovskite composition and an improved surface passivation. When the NiMo hydrogen evolution catalyst is wire‐connected with an optimally designed NiFe‐based oxygen evolution catalyst and a high‐performance perovskite‐Si tandem cell, the resulting integrated water splitting cell achieves a record 20% STH efficiency. Detailed analysis of the integrated system reveals that STH efficiencies of 25% can be achieved with realistic improvements in the perovskite cell and an LCOH below ≈ $3 kg −1 is feasible.
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