美利用硅藻開發染料敏化太陽能電池

    美國研究人員9日表示，他們找到了利用硅藻類生命結構開發最新太陽能電池技術的途徑。相比目前的矽基太陽能電池，利用新技術製作的太陽能發電系統更為簡單。
　　
    硅藻這種微小的單細胞海洋生命體在地球上已經存活了至少1億年，它們是海洋中眾多生命食物鏈的基礎。此外，受其堅硬矽外殼的吸引，人們正在不斷地將其作為開發納米結構的新途徑。
　　
    美國俄勒岡州立大學化學工程教授格雷格·羅爾熱表示，現存的大多數太陽能電池技術都基於矽材料，它們的能力已幾乎被開發到了極限，因此其他太陽能技術將有更好的發展機會。
　　
    染料敏化太陽能電池技術就是其中一種，它使用環保材料並可在較低的光照條件下正常工作。然而，在目前製造的染料敏化太陽能電池中，人們較難獲得光電轉換半導體。
　　
    利用生物學而非傳統的半導體生產方式，俄勒岡州立大學和波特蘭州立大學的研究人員開發出了製作染料敏化太陽能電池的新方法。新開發的製造方法與舊方法的不同之處在於幾個獨特的步驟，同時新電池具有提供更多電能的潛力。
　　
    新的製造方法基於硅藻類生命體，這些極小單細胞硅藻具有人們所需的納米結構外殼。為製造染料敏化太陽能電池，研究人員先讓硅藻「定居」在透明的導電玻璃板面上，然後去掉構成硅藻生命的有機物質，僅留下它們微小的矽殼構成所需的模板。
　　
    研究人員接著用一種生物製劑將溶解的鈦沉積在模板矽殼中，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體具有相同的作用。於是，他們利用自然生物體輕而易舉地獲得了傳統染料敏化太陽能電池中難以獲得的半導體，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生電。然而，在新技術生產的電池中，光子在硅藻殼中多次反彈，結果是產生電能的效率更高。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。除代替半導體的新材料呈簡單薄層結構外，硅藻殼的小孔似乎增加了光子與染料間的相互作用，從而促進了光電轉換，提高了電能輸出。
　　
    雖然利用新技術製造染料敏化太陽能電池的成本要略高於現有生產同類電池的成本，但是研究人員相信，最終產出的電能有望高出現在電池3倍。
（科技日報）