Une telle analyse permet de calculer l`efficacité limitative pour toute réaction électrochimique alimentée par une cellule solaire à absorbeur unique. Premièrement, la sortie de densité actuelle JOP d`une disposition de série de N cellules solaires idéales est calculée à la tension équivalente au potentiel thermodynamique d`une réaction μth. Le SFE est ensuite calculé à l`aide de l`égaliseur 5. Le nombre de cellules N est choisi pour maximiser le SFE. Les résultats de ce calcul sont illustrés à la Fig. 2A. Comme la Fig. 2A représente les cellules solaires idéales et l`électrochimie, elle reflète principalement l`impact du couplage électrique direct sur la thermodynamique de la conversion de l`énergie solaire. Les lignes à contraste élevé de la Fig.

2A identifient les conditions auxquelles l`addition ou la soustraction d`une cellule modifie radicalement l`efficacité du système PV-EC. Un scénario représentatif est illustré à la Fig. 2B (qui illustre le couplage pour les dispositifs pratiques considérés dans la Fig. 3B) au point marqué par l`astérisque rouge. Bien que les systèmes PV et EC idéaux soient utilisés pour générer la Fig. 2A, l`implication que la correspondance d`impédance est essentielle pour un fonctionnement efficace des dispositifs PV-EC est généralisable aux cas non idéaux. Les cas pratiques sont pris en compte dans le PV-EC équivalent circuit et modélisation de l`appareil et ce calcul est reproduit avec des entrées pratiques dans la Fig. S1. Une réaction électrochimique ne se produit que lorsque la tension entre deux électrodes dépasse le potentiel thermodynamique μth de la réaction par une quantité suffisante pour conduire la cinétique de réaction. La tension V nécessaire pour conduire une densité de courant électrochimique JEC est donnée en ajoutant le potentiel thermodynamique, le surpotentiel pour chaque réaction (donnée par la loi tafel), et les pertes ohmiques à la résistance de la solution Rsol.

Pour la réaction de fractionnement de l`eau, l`OER et l`HER sont les réactions électrochimiques d`intérêt, et la tension nécessaire est donnée par nous distiller de ces analyses plusieurs lignes directrices de conception pour les dispositifs PV utilisés dans un système PV-EC. Premièrement, l`augmentation du courant d`un appareil photovoltaïque produira toujours une augmentation proportionnelle de la SFE, alors qu`une tension accrue ne le sera pas. Cette observation est évidente à partir de l`EQ. 5 et de la Fig. S2 clarifie ce point graphiquement. Une conséquence de cette observation est que les cellules solaires à haut rendement ne fournissent pas toujours une augmentation proportionnelle de l`efficacité de l`énergie solaire à combustible. Par exemple, la cellule solaire si la plus efficace dans la production commerciale a une efficacité ηpv = 23,6% (30); Cependant, il réalise cette efficacité par des tensions plus élevées (COV = 727 mV) plutôt que par des courants plus élevés (JSC = 40 mA ⋅ cm – 2), par rapport à la cellule de 20% modélisée ci-dessus. En conséquence, ηSF augmente seulement d`environ 6% relatif (de 15,3 à 16,3%). Cette augmentation est due à un déplacement du point de fonctionnement plus proche des conditions de court-circuit (souligné dans la Fig. S2). De même, la modélisation de la cellule solaire à jonction unique la plus efficace jamais produite [une cellule solaire GaAs avec ηpv = 28,8% (22)] augmente ηSF à une impressionnante 18,2%, mais cette SFE encore sous-exécute l`amélioration de l`efficacité PV significativement.