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植物的启发——光伏太阳能或将迎来革命
返回列表 来源: 发布日期: 2020.04.18 浏览次数:

材料人网注:美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的科学家受到植物光合作用的启发,研究出长时间储存太阳能的新技术,这项技术一旦使用将会改变科学家设计太阳能电池的思路。

今大多数住宅屋顶的太阳能电池板材料,其存储太阳能的时间仅有几微秒。
新的设计是受到植物光合作用的启发。“在光合作用时,暴露在阳光下的植物在其细胞内使用精密的组织结构,将电子拉开以快速分离电荷,留下带正电荷的分子,并保持正电荷和负电荷分离。”高级研究员Sarah Tolbert说道。
同时,Tolbert强调说:“使光伏作用过程高效的关键之处也是电荷的分离。”一方面,传统的屋顶太阳能电池一般采用昂贵的硅材料,用来从阳光中获取能量。另一方面,较便宜的有机太阳能,电池效率相对较低,因为它们捕获的太阳能在变成电能前,分离的正、负电荷可能会发生复合。
现代有机太阳能电池没有像植物这样有明确定义的结构,这种结构能使电荷分离,让他们分开几天,甚至几个星期。但一旦做出正确的电池结构,就可以极大地提高能源的储存。
美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)研究的工作系统由两部分组成:聚合物供体和纳米级富勒烯受体。
聚合物供体吸收太阳光,并传递电子到富勒烯受体上,从而形成电能。塑料材料,被称为有机太阳能电池,其混乱的组织像一盘煮熟的意大利面(其中,聚合物是长而细的“面条”,富勒烯是随机分配的“肉丸子”)。但在这种排列下,有时电子跳回到聚合物里或者丢失,使得电流难以流出电池。
科研人员把组分排列的非常整齐,就像一小捆肉丸放置在未煮过的面条上。有些富勒烯“肉丸”被放在面条里面,其他则留在表面。结构里的富勒烯把聚合物上的电子取走并将它们传递到外部富勒烯上,这样可有效地使电子远离聚合物数周。
“当载流子不会产生复合,表明该系统的工作状况很好。”另一位资深的研究者Benjamin Schwartz说道。
在制备新的体系过程中,材料自组装是一种很好的方法。
研究人员说,新的设计也比现有技术更加环保,因为这些材料的组装发生在水中,取代了现在广泛使用、毒性较强的有机溶液。这项研究结果已经发表在journal Science上。

 

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