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韩华
耶鲁研究团队利用遍地的“硅藻”材料提升有机太阳能电池的转换效率
发表于:2017-10-19 15:58:59
来源:镁客网

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,所以它们成为改善光伏发电的理想选择。

此前,为了解决太阳能收集器的采集效率低问题,加州大学伯克利分校的研究团队利用培育的细菌高效得将光能转化为乙酸,然后再将乙酸转化为需要的燃料等。虽然乙酸的用途十分广泛,但是依然存在局限性,如当需要将光能转化为电能,利用此法就会显得得不偿失了。

与伯克利分校研究团队异曲同工,耶鲁的一个研究团队也利用生物来解决光吸收问题,他们使用称为硅藻的微小化石生物来提高有机太阳能电池的光吸收率。

硅藻是一组浮游植物,因为它们的玻璃状二氧化硅胶壳可以抓取光,所以它通常被称为“海洋宝石”。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,所以它们成为改善光伏发电的理想选择。

对此,研究的主要作者Lyndsey McMillon-Brown说:“在自然界中,很多事情是非常惊人的,藻类的材料可以帮助捕获和散射光,帮助藻类进行光合作用,所以我们可以直接利用大自然中的一些东西,并把它放在太阳能电池中。”

有机光伏太阳能电池具有由有机聚合物制成的活性层,这意味着它们比常规太阳能电池便宜,但它们的转换效率不太高,主要因为其有源层非常薄,通常需要小于300纳米,因此这限制了转换效率。

此前,为了克服这个原因,工程师们尝试嵌入可以更有效地捕获光的纳米结构,但这些材料成本很高。

因此耶鲁大学的研究团队将目光转向了大自然,他们发现硅藻可以有效散射光,所以研究人员想看看它们是否可以作为这些散射材料的低成本“替代材料”。实验中,研究人员通过将地下化石化的硅藻嵌入细胞的活性层,发现它们可以减少所需的其他材料的数量,同时仍然产生相同的电量。

对其的应用,McMillon-Brown表示:“我们知道材料的正确浓度是什么,以及需要利用的材料量来让太阳能电池转换效率获得增强,这是非常有益的,因为应用过程中只需要使用活性层材料,而无需额外的加工技术,为现有商业化有机太阳能细胞提供了便利。”

对于该研究,虽然研究成果的转换效率已经很高,但是研究人员仍然表示,他们希望对之进行进一步的优化。在散射光下,不同种类的硅藻或许比其他物质更好,但是可以将它们与细胞活性层中的不同聚合物结合,以找到具有更好效率的组合。

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