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光解水又稱為光催化分解水，可理解為一種人工光合作用?？茖W原理是半導體材料的光電效應——當入射光的能量大于等于半導體的能帶（Band Gap）時，光能被吸收，價帶（VB）電子躍遷到導帶（CB），產生光生電子（e-）和空穴（h+）。電子和空穴遷移到材料表面，與水發(fā)生氧化還原反應，產生氧氣和氫氣。光分解水制氫主要包括3個過程，即光吸收、光生電荷遷移和表面氧化還原反應。

光解水能否工業(yè)化取決于太陽能到氫（solar-to-hydrogen, STH）能量轉換效率。光解水分為三種技術路線，一是光催化分解水，利用納米粒子懸浮體系制氫，該種方式成本較低、易于規(guī)?；糯螅玈TH效率偏低（約1%）。高效寬光譜響應的光催化劑、高效電荷分離策略、新型高效助催化劑以及氣體分離新方法和新材料等是這一路線后續(xù)研究的關鍵問題；二是光電催化分解水，在一些典型的光陽極半導體材料 (BiVO₄和Ta₃N₅等) 體系上STH效率已超過 2.0%；三是光伏-光電耦合體系，在三種途徑里STH效率最高, 在多個實驗體系上已超過 10% 以上。最新報道的利用多結 GaInP/GaAs/Ge 電池與Ni電催化劑耦合, 其STH效率可達到 22.4%，已達到工業(yè)化應用要求。但光伏電池成本 (尤其是多結 GaAs太陽電池) 極大限制了其大面積規(guī)模化應用, 因而也是當前成本最高的技術路線（約300-400元/kg）。