光解水又稱為光（guāng）催（cuī）化分解水，可理解為一種人工光合作用。科學原（yuán）理是半導體材料的光電效應——當入射光的能量大於等於半導體的能帶（Band Gap）時，光能被吸收，價帶（VB）電子躍遷到導帶（CB），產（chǎn）生光生電子（e-）和空穴（h+）。電子和空穴遷移到材料表麵，與水發生（shēng）氧化還原反應，產生氧氣和氫氣。光分解水製氫主（zhǔ）要包括3個過程，即光吸（xī）收、光生電荷遷移和表麵氧化還原反應。

光（guāng）解水能否工業化取決（jué）於太（tài）陽能到氫（solar-to-hydrogen, STH）能量轉換效率。光解水分為三種技（jì）術路線，一是光（guāng）催化（huà）分解水，利用納（nà）米粒子懸浮體係製氫，該種方式成（chéng）本較低、易於規模化放大，但（dàn）STH效率偏低（約1%）。高效寬光譜響應的光（guāng）催化劑（jì）、高效電（diàn）荷分離策略、新型高效助催化劑以及氣體分離（lí）新方法和新材料等是這一路線後續研（yán）究的關（guān）鍵問題；二（èr）是光電催化分解水，在一些典型的光（guāng）陽極半導體材料 (BiVO₄和（hé）Ta₃N₅等（děng）) 體係上STH效率已（yǐ）超過 2.0%；三是光伏-光電耦合體係，在三種途徑裏STH效率最高, 在多個實驗體係上已超過 10% 以上。最新報道的（de）利用多結 GaInP/GaAs/Ge 電池與Ni電催化（huà）劑耦合, 其STH效率可達到 22.4%，已達到工業化應用要（yào）求。但光伏電池成本 (尤其是多結 GaAs太陽電池) 極大限製了其（qí）大麵積規模化應用, 因而也是當前成本最高的技術路線（約300-400元/kg）。