【摘 要】
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随着世界经济的不断发展,人口的不断壮大,不可再生的化石能源即将消耗殆尽。与此同时二氧化碳和其他温室气体的大量排放可能加剧温室效应和全球气候变化。太阳能取之不尽用之不竭,因其体量大、可持续等优势被认为是最具潜力,能够替代传统化石能源的清洁能源之一。无偏压的光电化学（PEC）水分解反应是一种有望将太阳能直接转换为化学能的方法。TiO2,WO3,BiVO4,Fe2O3等金属氧化物半导体因具备大开路电压,
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随着世界经济的不断发展,人口的不断壮大,不可再生的化石能源即将消耗殆尽。与此同时二氧化碳和其他温室气体的大量排放可能加剧温室效应和全球气候变化。太阳能取之不尽用之不竭,因其体量大、可持续等优势被认为是最具潜力,能够替代传统化石能源的清洁能源之一。无偏压的光电化学（PEC）水分解反应是一种有望将太阳能直接转换为化学能的方法。TiO2,WO3,BiVO4,Fe2O3等金属氧化物半导体因具备大开路电压,高透光率,低成本以及在水溶液中良好的稳定性,通常作为光电阳极置于串联电池的吸光前侧。但是,当光电阳极与光电阴极以等面积形式串联连接时,由于阳极侧的光电流密度远低于阴极,会带来阴阳极输出功率不匹配的问题,采用多个阳极并联提高阳极侧电流密度可以改善这一问题。本论文综合考虑性能和成本,给出了确定由多个光电阳极和光电阴极组成的串联电池最佳结构的基本计算模型,包括（ⅰ）多光电阳极电流密度(Janode),（ⅱ）单位电流成本（CPC）以及（ⅲ）串联电池输出功率填充因子(FFout)。以Ti O2,Bi VO4,Fe2O3为模型光电阳极构建和修正计算模型并通过实验验证了计算模型的可行性。CPC值最小时的电极结构为最优结构,此时电极能以最少的成本获得更大的Janode。最后用FFout于评估多光电阳极与Si光电阴极的匹配程度。除此之外,有效利用电解池内反射光可以进一步的提升光电极的性能,实现更高的太阳能向氢能的转化效率。
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