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美國俄勒岡州立大學(xué)和波特蘭州立大學(xué)的研究人員近日表示，他們找到了利用硅藻類生命結(jié)構(gòu)開發(fā)最新太陽能電池技術(shù)的途徑。相比目前的硅基太陽能電池，利用新技術(shù)制作的太陽能發(fā)電系統(tǒng)更為簡單。 硅藻這種微小的單細胞海洋生命體在地球上已經(jīng)存活了至少1億年，它們是海洋中眾多生命食物鏈的基礎(chǔ)。此外，受其堅硬硅外殼的吸引，人們正在不斷地將其作為開發(fā)納米結(jié)構(gòu)的新途徑。 美國俄勒岡州立大學(xué)化學(xué)工程教授Greg Rorrer表示，現(xiàn)存的大多數(shù)太陽能電池技術(shù)都基于硅材料，它們的能力已幾乎被開發(fā)到了極限，因此其他太陽能技術(shù)將有更好的發(fā)展機會。 染料敏化太陽能電池技術(shù)就是其中一種，它使用環(huán)保材料并可在較低的光照條件下正常工作。然而，在目前制造的染料敏化太陽能電池中，人們較難獲得光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體。 利用生物學(xué)而非傳統(tǒng)的半導(dǎo)體生產(chǎn)方式，俄勒岡州立大學(xué)和波特蘭州立大學(xué)的研究人員開發(fā)出了制作染料敏化太陽能電池的新方法。新開發(fā)的制造方法與舊方法的不同之處在于幾個獨特的步驟，同時新電池具有提供更多電能的潛力。 新的制造方法基于硅藻類生命體，這些極小單細胞硅藻具有人們所需的納米結(jié)構(gòu)外殼。為制造染料敏化太陽能電池，研究人員先讓硅藻“定居”在透明的導(dǎo)電玻璃板面上，然后去掉構(gòu)成硅藻生命的有機物質(zhì)，僅留下它們微小的硅殼構(gòu)成所需的模板。 研究人員接著用一種生物制劑將溶解的鈦沉積在模板硅殼中，獲得了微小的二氧化鈦納米粒子，這些粒子形成的薄膜與染料敏化太陽能電池中的半導(dǎo)體具有相同的作 用。于是，他們利用自然生物體輕而易舉地獲得了傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池中難以獲得的半導(dǎo)體，同時用料簡便且價格低廉。 羅爾熱表示，常用的薄膜光合成染料從陽光中獲得光子傳遞給二氧化鈦產(chǎn)生電。然而，在新技術(shù)生產(chǎn)的電池中，光子在硅藻殼中多次反彈，結(jié)果是產(chǎn)生電能的效率更 高。他表示，研究人員目前雖還沒有完全了解此過程的物理特性，但是它的有效性卻十分明顯。除代替半導(dǎo)體的新材料呈簡單薄層結(jié)構(gòu)外，硅藻殼的小孔似乎增加了 光子與染料間的相互作用，從而促進了光電轉(zhuǎn)換，提高了電能輸出。 雖然利用新技術(shù)制造染料敏化太陽能電池的成本要略高于現(xiàn)有生產(chǎn)同類電池的成本，但是研究人員相信，最終產(chǎn)出的電能有望高出現(xiàn)在電池3倍。 |
