太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其高效利用一直是科研领域的重要课题。在众多太阳能应用技术中，太阳能驱动的CO₂还原制化学品技术因其独特的优势备受关注。该技术不仅能实现碳排放的资源化回收利用，还能将太阳能稳定存储，为达成国家“双碳目标”提供了绿色负碳的技术路径。然而，传统的单一光热化学、光电化学、光催化CO₂还原技术路线，在太阳能不同波段能量的利用上各有侧重，难以实现全光谱的高效转化利用，这在一定程度上限制了该技术的发展。
针对这一难题，科研人员提出了一种创新的解决方案。他们以聚光太阳能驱动的光热/光电转化模块耦合系统为基础，构建了全新的太阳能全光谱利用机制。该机制的核心在于将热能传递给光电化学模块，以此促进CO₂的高效转化。为了深入探究这一系统的性能，科研人员运用多物理场仿真软件对系统进行了光热耦合计算。计算结果显示，该系统在光场、温度场、流场分布上具有独特的特点，并且明确了其工作特征。在30倍聚光条件下，系统的热产出效率能够达到80%，这一数据充分证明了该系统在热能利用方面的优势。
在太阳能的实际应用中，聚光器是提升能量密度的常用手段。通过聚光器，可以获得更高的光电转换效率和光热回收效率。同时，结合光谱分频技术，能够实现太阳能的全光谱利用。其中，CPVT（Concentrated Photovoltaic/Thermal，聚光光电/光热）技术因其效率、成本和灵活性方面的显著优势，成为了广泛研究的对象。例如，Haussener等基于CPVT系统实现了千瓦级制氢。CPVT系统主要由光电部分与光热部分组成，光电部分负责将短波光（400∼1100 nm）转化为电能，光热部分则通过工质吸收长波光（>1100 nm）能量以及光电部分的冷却热。
不过，CPVT系统也存在一些问题。由于光电与光热部分通过热耦合的方式结合，二者温度同步变化。随着温度升高，光电转换效率会随着热回收效率的升高而下降，而且系统的集热温度总是低于光电的工作温度，这导致为了保证光电的正常工作，热产出受到限制。因此，CPVT的热产出多应用于太阳能蒸馏、海水淡化、建筑供暖等中低温热利用场景。虽然这些方案解决了CPVT的热利用问题，但却使得光电利用和光热利用成为两条独立路线，增加了系统的整体复杂性，多个环节间的能量传递损失也降低了太阳能的整体利用效率。如何将光电能量与光热能量耦合利用，协同作用于产物输出，成为了当下太阳能利用领域的研究重点。
在电催化CO₂还原领域，Ag作为催化剂具有能量转换效率高、产物选择性高等特点，被广泛应用于太阳能驱动的CO₂还原中。同时，研究发现升高MEA（Membrane Electrode Assembly，膜电极电解池）的工作温度，会提高CO₂还原产物的法拉第效率及选择性。基于这些特性，科研人员提出了将热能用于电催化CO₂还原的辅助供能机制，从而实现了光热电耦合驱动的CO₂还原。他们通过多物理场仿真计算，深入分析了该系统的光学及热力学特性，并通过室外测试验证了该系统的可行性。
室外测试结果令人振奋。与传统的光伏/电解路线相比，引入光热电耦合机制后，CO₂还原产物CO的法拉第效率从90%提升至95%以上，并且稳定性良好。同时，CO的日产量可达26.31 L。这一成果充分证明了光热电耦合利用机制在太阳能驱动CO₂还原中的有效性，为太阳能全光谱利用提供了新的方法和思路。
