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耶魯研究團隊利用遍地「硅藻」材料提升有機太陽能電池的轉換效率


2017年11月13日21時 今日科學 北極星電力網
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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電的理想選擇。

此前,為了解決太陽能收集器的採集效率低問題,加州大學伯克利分校的研究團隊利用培育的細菌高效得將光能轉化為乙酸,然後再將乙酸轉化為需要的燃料等。雖然乙酸的用途十分廣泛,但是依然存在局限性,如當需要將光能轉化為電能,利用此法就會顯得得不償失了。

與伯克利分校研究團隊異曲同工,耶魯的一個研究團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太陽能電池的光吸收率。

硅藻是一組浮游植物,因為它們的玻璃狀二氧化矽膠殼可以抓取光,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電的理想選擇。

對此,研究的主要作者Lyndsey McMillon-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,幫助藻類進行光合作用,所以我們可以直接利用大自然中的一些東西,並把它放在太陽能電池中。」

有機光伏太陽能電池具有由有機聚合物製成的活性層,這意味著它們比常規太陽能電池便宜,但它們的轉換效率不太高,主要因為其有源層非常薄,通常需要小於300納米,因此這限制了轉換效率。

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構,但這些材料成本很高。

因此耶魯大學的研究團隊將目光轉向了大自然,他們發現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胞的活性層,發現它們可以減少所需的其他材料的數量,同時仍然產生相同的電量。

對其的應用,McMillon-Brown表示:「我們知道材料的正確濃度是什麼,以及需要利用的材料量來讓太陽能電池轉換效率獲得增強,這是非常有益的,因為應用過程中只需要使用活性層材料,而無需額外的加工技術,為現有商業化有機太陽能細胞提供了便利。」

對於該研究,雖然研究成果的轉換效率已經很高,但是研究人員仍然表示,他們希望對之進行進一步的優化。在散射光下,不同種類的硅藻或許比其他物質更好,但是可以將它們與細胞活性層中的不同聚合物結合,以找到具有更好效率的組合。

來源:鎂客網


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