生物材料提高了太陽能電池的性能

用生物材料模擬光合作用的下一代太陽能電池可能給“綠色技術”一詞賦予新的含義。國際研究團隊稱，在一系列鈣鈦礦型鈣鈦礦太陽能電池中添加細菌視紫紅質(bR)蛋白可提高該裝置的效率。

賓夕法尼亞州立大學研究副總裁兼材料科學教授Shashank Priya說：“這些發(fā)現為開發(fā)更便宜，更環(huán)保的生物鈣鈦礦太陽能電池技術打開了大門。” “將來，我們可能會用相對便宜的天然材料來代替太陽能電池內部的一些昂貴化學物質。”

鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的晶體結構而著稱，該晶體結構擅長吸收可見光，因其提供了比傳統(tǒng)的基于硅的太陽能技術更高效，更便宜的替代方案，因此受到了廣泛研究。

鈣鈦礦效率最高的太陽能電池可以將22%到23%的陽光轉化為電能。研究人員發(fā)現，向鈣鈦礦太陽能電池中添加bR蛋白可將設備的效率從14.5%提高到17%。他們在美國化學學會雜志ACS Applied Materials and Interfaces中報告了他們的發(fā)現。

該研究代表科學家首次表明，將鈣鈦礦型太陽能電池中添加的生物材料具有很高的效率。研究人員說，未來的研究可能會產生更有效的生物鈣鈦礦材料。

該研究的共同主要作者Priya說：“先前的研究通過在太陽能電池結構內部混合某些蛋白質而達到了8%或9%的效率。” “但是沒有什么東西接近17%。這些發(fā)現非常重要。”

研究人員說，商用太陽能電池陣列由成百上千個單獨的太陽能電池組成，因此即使效率的微小提高也可以帶來真正的節(jié)省。

模仿自然

利用自然，研究人員試圖通過福斯特共振能量轉移(FRET)(一種在一對光敏分子之間進行能量轉移的機制)進一步改善鈣鈦礦太陽能電池的性能。

東北大學和哈佛大學波士頓兒童醫(yī)院教授，該研究的第一作者，作者Renugopalakrishnan Venkatesan說：“ FRET機制已經存在了很長時間。” “它似乎是光合作用的基礎，并且可以在諸如能量無線傳輸的技術中找到，甚至在動物世界中也可以作為一種通信機制。我們正在使用這種機制來嘗試創(chuàng)建一個由生物啟發(fā)的系統(tǒng)世界具有超越無機或有機分子的潛力。”

bR蛋白和鈣鈦礦材料具有相似的電性能或帶隙。通過彌補這些差距，科學家們推測它們可以通過FRET機制在鈣鈦礦太陽能電池中實現更好的性能。

哥倫比亞大學的博士生Subhabrata Das說：“太陽能電池通過吸收光能或光子分子并產生電子-空穴對來工作。” “通過向相反方向發(fā)送電子和空穴，太陽能電池產生的電流會轉化為電能。”

但是，一定百分比的電子-空穴對會復合，從而減少了產生的電流量?？茖W家說，將bR蛋白混入鈣鈦礦型太陽能電池中有助于電子-空穴對更好地穿過該器件，從而減少了重組損失并提高了效率。

研究人員說，這些發(fā)現可能會產生更大的后果，從而導致設計其他混合裝置，在這些混合裝置中人造和生物材料可以協(xié)同工作。