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耶魯研究團(tuán)隊利用遍地的“硅藻”材料提升有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率

核心提示:此前,為了解決太陽能收集器的采集效率低問題,加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊利用培育的細(xì)菌高效得將光能轉(zhuǎn)化為乙酸,然后再將乙酸轉(zhuǎn)化為需要的燃料等。雖然乙酸的用途十分廣泛,但是依然存在局限性,如當(dāng)需要將光能轉(zhuǎn)化為電能,利用此法就會顯得得不償失了。
   硅藻在世界各地的海洋和淡水中非常普遍,因而成本非常低,所以它們成為改善光伏發(fā)電的理想選擇。
  
  此前,為了解決太陽能收集器的采集效率低問題,加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊利用培育的細(xì)菌高效得將光能轉(zhuǎn)化為乙酸,然后再將乙酸轉(zhuǎn)化為需要的燃料等。雖然乙酸的用途十分廣泛,但是依然存在局限性,如當(dāng)需要將光能轉(zhuǎn)化為電能,利用此法就會顯得得不償失了。
  
  與伯克利分校研究團(tuán)隊異曲同工,耶魯?shù)囊粋€研究團(tuán)隊也利用生物來解決光吸收問題,他們使用稱為硅藻的微小化石生物來提高有機(jī)太陽能電池的光吸收率。
  
耶魯研究團(tuán)隊利用遍地的“硅藻”材料提升有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率

 
  硅藻是一組浮游植物,因為它們的玻璃狀二氧化硅膠殼可以抓取光,所以它通常被稱為“海洋寶石”。值得注意的是,硅藻在世界各地的海洋和淡水中非常普遍,因而成本非常低,所以它們成為改善光伏發(fā)電的理想選擇。
  
  對此,研究的主要作者LyndseyMcMillon-Brown說:“在自然界中,很多事情是非常驚人的,藻類的材料可以幫助捕獲和散射光,幫助藻類進(jìn)行光合作用,所以我們可以直接利用大自然中的一些東西,并把它放在太陽能電池中。”
  
  有機(jī)光伏太陽能電池具有由有機(jī)聚合物制成的活性層,這意味著它們比常規(guī)太陽能電池便宜,但它們的轉(zhuǎn)換效率不太高,主要因為其有源層非常薄,通常需要小于300納米,因此這限制了轉(zhuǎn)換效率。
  
  此前,為了克服這個原因,工程師們嘗試嵌入可以更有效地捕獲光的納米結(jié)構(gòu),但這些材料成本很高。
  
  因此耶魯大學(xué)的研究團(tuán)隊將目光轉(zhuǎn)向了大自然,他們發(fā)現(xiàn)硅藻可以有效散射光,所以研究人員想看看它們是否可以作為這些散射材料的低成本“替代材料”。實驗中,研究人員通過將地下化石化的硅藻嵌入細(xì)胞的活性層,發(fā)現(xiàn)它們可以減少所需的其他材料的數(shù)量,同時仍然產(chǎn)生相同的電量。
  
  對其的應(yīng)用,McMillon-Brown表示:“我們知道材料的正確濃度是什么,以及需要利用的材料量來讓太陽能電池轉(zhuǎn)換效率獲得增強(qiáng),這是非常有益的,因為應(yīng)用過程中只需要使用活性層材料,而無需額外的加工技術(shù),為現(xiàn)有商業(yè)化有機(jī)太陽能細(xì)胞提供了便利。”
  
  對于該研究,雖然研究成果的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)很高,但是研究人員仍然表示,他們希望對之進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。在散射光下,不同種類的硅藻或許比其他物質(zhì)更好,但是可以將它們與細(xì)胞活性層中的不同聚合物結(jié)合,以找到具有更好效率的組合。

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