新型“迷你”電池的理論光電轉換效率接近100%

美國研究人員使用從植物中提取出的蛋白質以及磷酸酯、碳納米管等化合物，研發出了能夠模擬植物光合作用機制進行自我組裝的太陽能電池，新電池還具有良好的自我修復能力，有望大幅延長太陽能電池的使用壽命。此項研究成果發表在9月5日出版的《自然·化學》雜志上。
　　無數科學家試圖完善太陽能電池的設計，改善太陽能電池的性能，他們為制造出光電轉換效率最高的電池而前赴后繼，然而，鮮有人關心太陽能電池的使用壽命。
　　美國麻省理工學院的化學工程師邁克爾·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，現在一些新式的非硅基太陽能電池雖然成本低、轉化效率高、性能優異，但是，卻經不起時間的考驗，超過60個小時后，其轉化效率僅為最初的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、可進行光合作用的蛋白質、具有黏附性的磷酸脂和具有良好電學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。
　　令該研究團隊驚奇的是，當他們將表面活性劑從混合物中抽出時，這個由不同物質調和成的“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反應中心。蛋白質光合作用中心收集太陽光線，釋放出電子，電子通過磷酸脂，然后進入碳納米管中。在碳納米管內，電子聚合在一起形成電流。
　　研究人員強調，這種自我組裝而成的電池天生就具有自我修復能力。如果太陽光破壞了某些蛋白質，可向其中添加表面活性劑和蛋白質，替代那些被破壞了的蛋白質；當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，個別的光電轉換效率達到了40%，這是目前轉化效率最高的商業化太陽能電池的兩倍。從理論上來說，這種太陽能電池的轉換效率可以接近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，其轉化效率也很低。隨著實驗的進一步完善，轉換效率將會不斷提高。