太阳能驱动的光电化学（PEC）分解水是实现太阳能高效转化与清洁制氢的关键技术，在缓解碳排放和环境修复中具有重要意义。然而，传统技术存在效率低、需额外电压偏置等问题，串联光电极系统虽能优化光吸收，因光电极透明度不足导致光谱利用效率受限。

实验室苏进展教授创新性地将光谱分频策略引入自偏压PV-PEC混合系统，通过整合TiO2和BiVO4光电极、分频器（BS）及光伏（PV）电池，构建了高效光能量分配机制：分频器BS1将300-400 nm短波长光反射至TiO2光阳极，透射460-800 nm光至分频器BS2；BS2进一步将460-480 nm中波长光反射至BiVO4光阳极，透射520-800 nm长波长光至PV电池。BS1和BS2在45°入射角下的反射率与透射率均接近100%，大幅减少了光散射损失。实验结果显示，与传统串联系统相比，该系统的电流密度显著提高，且PV与PEC组件的I-V曲线交点更接近PV最大功率点，能量利用率显著优化。在性能方面，光谱分频系统的功率输出较传统结构提升18.8倍，太阳能转化氢（STH）效率分别提高12.38倍和19.87倍，产氢速率达12.1μmol/(h·cm²)。

这一突破不仅解决了传统串联系统的光吸收重叠和光损失问题，更为无辅助水分解系统提供了一种创新设计思路，推动了太阳能制氢技术的实用化发展 。未来还需进一步优化光电极材料和光伏电池的串并联配置，以提高系统整体性能，研究光谱分频器与其他能源转换组件的耦合，以实现更高效的多能联产。

图 1 系统架构示意图，其中入射角为45°

图 2 典型三电极系统中不同BS的TiO2和BiVO4的光电流密度

图 3 三种PV-PEC系统的电流密度和效率

近日，改研究成果以《Performance analysis of a novel unassisted photoelectrochemical water splitting hybrid system based on spectral beam splitting》为题，在《能源前沿》（Frontiers in Energy）以封面文章发表。西安交通大学绿色氢电全国重点实验室为第一单位和唯一通讯单位，苏进展教授为通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划（2021YFF0500504）、基金项目等支持。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11708-025-0984-6