奇特病毒可提高太陽能電池效率 (圖)



M13病毒可提高太陽能電池性能(網路圖片)

美國麻省理工學院4月26日在其網站上宣稱,該校研究人員日前開發出了一種新技術,可通過一種名為「M13」的病毒將太陽能電池的光電轉換效率提高近三成。相關論文發表在最新一期《自然·納米技術》雜誌上。

先前的研究已經發現,碳納米管可以提高太陽能電池的轉換效率。理想的情況下,碳納米管會收集更多的電子,提高太陽能電池的表面積,從而產生更大的電流。但麻省理工學院的研究人員發現,該技術也存有一定的侷限性。碳納米管有兩種,按功能可分為半導體類碳納米管和導線類碳納米管,兩種納米管不但在作用上不同,還容易發生聚集,從而嚴重影響轉化效率。

研究人員經研究發現,M13病毒可以很好地解決這一問題。這種病毒長度為880納米,結構簡單易於操控,且對人體無害。M13病毒中的一種肽可使其附著在碳納米管上,從而保證納米管處於恰當的位置上,避免與其他碳納米管發生黏連。每個病毒使用300個左右的蛋白質分子可以控制大約5到10個納米管。實驗顯示,採用病毒結構的新型太陽能電池可將光電轉化效率從普通太陽能電池的8%提高到10.6%,而新系統在重量上只增加了0.1%。

研究人員發現,除可固定碳納米管外,M13病毒還會產生出二氧化鈦,而二氧化鈦顆粒可有效提高電子的傳輸效率。這種物質同樣也是「格雷策爾電池 」中的主要組成部分。「格雷策爾電池」也被稱為染料敏化太陽能電池,工作原理是通過模仿光合作用產生電能。其發明人瑞士洛桑聯邦高等理工學院光子學和界面試驗室主任邁克爾·格雷策爾曾因該技術被授予芬蘭2010年「千年技術獎」。此外,M13病毒還會讓碳納米管具有水溶性,使其在室溫條件下可更方便地加入到太陽能電池板中,從而降低生產成本。

研究人員稱,關於兩種碳納米管在太陽能電池中具有不同效用的發現也是此次研究的一項重要成果,此前還沒有被實驗證明過。半導體納米管可以提高太陽能電池的性能,但導線類納米管的作用卻正好相反。該發現或有助於設計出更有效的納米電池、壓電材料或其他與電力相關的材料。

負責該項研究的麻省理工學院教授安吉拉·貝爾徹說,該技術還可以用來設計其他病毒增強型太陽能電池,包括量子點和有機太陽能電池。在提高普通太陽能電池的轉化效率上該技術也有很大的潛力,不過這有賴於生物技術的進一步發展。


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