新型“迷你”電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率接近100%

美國研究人員使用從植物中提取出的蛋白質(zhì)以及磷酸酯、碳納米管等化合物，研發(fā)出了能夠模擬植物光合作用機(jī)制進(jìn)行自我組裝的太陽能電池，新電池還具有良好的自我修復(fù)能力，有望大幅延長太陽能電池的使用壽命。此項研究成果發(fā)表在9月5日出版的《自然·化學(xué)》雜志上。
　　無數(shù)科學(xué)家試圖完善太陽能電池的設(shè)計，改善太陽能電池的性能，他們?yōu)橹圃斐龉怆娹D(zhuǎn)換效率最高的電池而前赴后繼，然而，鮮有人關(guān)心太陽能電池的使用壽命。
　　美國麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師邁克爾·斯特拉諾解釋道，陽光和氧氣混合在一起會產(chǎn)生一定的破壞，比如，人體接觸太多陽光容易衰老等，這也意味著，在實驗室中表現(xiàn)很好的太陽能電池，離開實驗室走上“工作崗位”后可能會“罷工”。
　　另外，現(xiàn)在一些新式的非硅基太陽能電池雖然成本低、轉(zhuǎn)化效率高、性能優(yōu)異，但是，卻經(jīng)不起時間的考驗，超過60個小時后，其轉(zhuǎn)化效率僅為最初的10%。
　　有鑒于此，斯特拉諾教授和同事研制出了這款大小僅為幾納米、能夠自我組裝和自我修復(fù)的“迷你”型太陽能電池。
　　在制備這種新式太陽能電池時，研究人員使用了從植物中提取出來的、可進(jìn)行光合作用的蛋白質(zhì)、具有黏附性的磷酸脂和具有良好電學(xué)性能的碳納米管以及表面活性劑。表面活性劑會打散某些分子，并且讓它們保持隔離狀態(tài)。
　　令該研究團(tuán)隊驚奇的是，當(dāng)他們將表面活性劑從混合物中抽出時，這個由不同物質(zhì)調(diào)和成的“雞尾酒”混合物會自我組裝成一個大小僅為幾納米、能夠正常工作的太陽能電池。
　　磷酸脂組合在一起形成圓盤，兩邊分別黏附著碳納米管和植物蛋白質(zhì)反應(yīng)中心。蛋白質(zhì)光合作用中心收集太陽光線，釋放出電子，電子通過磷酸脂，然后進(jìn)入碳納米管中。在碳納米管內(nèi)，電子聚合在一起形成電流。
　　研究人員強(qiáng)調(diào)，這種自我組裝而成的電池天生就具有自我修復(fù)能力。如果太陽光破壞了某些蛋白質(zhì)，可向其中添加表面活性劑和蛋白質(zhì)，替代那些被破壞了的蛋白質(zhì)；當(dāng)把表面活性劑提取出來后，該太陽能電池又能重新自我組裝成一套新的太陽能電池。
　　斯特拉諾表示，通過這種方式制得的太陽能電池，個別的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了40%，這是目前轉(zhuǎn)化效率最高的商業(yè)化太陽能電池的兩倍。從理論上來說，這種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可以接近100%，但是，由于目前該研究還處于“搖籃”中，溶液中形成的太陽能電池的濃度很低，其轉(zhuǎn)化效率也很低。隨著實驗的進(jìn)一步完善，轉(zhuǎn)換效率將會不斷提高。