能源轉(zhuǎn)換效率最佳的碳納米管光電化學(xué)太陽能電池

　　布滿磷脂盤狀物（phospholipid disks）的碳納米管，能讓太陽能電池具備自我修復(fù)（self-repairing）的功能，就像是植物行光合作用。這種光電化學(xué)（photoelectrochemical）太陽能電池是由美國麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員所開發(fā)，其能源轉(zhuǎn)換效率號稱可達(dá)到目前效能最佳之固態(tài)太陽能光電板的兩倍。

　　以人工方式進(jìn)行的太陽能轉(zhuǎn)換，以及自然界的太陽能轉(zhuǎn)換，兩者間的主要不同之處，在于工程師會為太陽能電池做防護(hù)，以避免固態(tài)無機(jī)材料的逐漸劣化;而自然界的太陽能轉(zhuǎn)換，是通過光合作用，來預(yù)防并修復(fù)不可避免的液態(tài)有機(jī)材料損壞。

　　在自然界，使用永續(xù)性太陽能的案例不勝枚舉;舉例來說，能讓樹葉進(jìn)行光合作用的有機(jī)化合物，經(jīng)常會受到陽光的損壞，但樹葉有自我修復(fù)機(jī)制。通過對能夠不斷更新其太陽能轉(zhuǎn)換燃料機(jī)制的生物性光合作用過程之研究，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)有自信能制作出模仿該種自我修復(fù)能力的太陽能電池。

　　MIT的研究人員并沒有聲稱已經(jīng)破解光合作用的秘密，但表示已能夠模仿植物的自我修復(fù)機(jī)制，不斷充實(shí)其能量采集技術(shù)。

　　光合作用過程包含一些內(nèi)建的機(jī)制，植物內(nèi)部以化學(xué)為基礎(chǔ)的動力引擎，會周期性地分解為基本的功能區(qū)塊（building blocks），然后那些更新過的元素會再重組成全新的引擎。根據(jù)MIT教授Michael Strano的說法，植物會每個小時執(zhí)行以上的程序，更新并循環(huán)其基于蛋白質(zhì)的光合作用功能，使其以最佳效率持續(xù)運(yùn)作。

　　Strano所開發(fā)的方案，具備一種會模仿光合作用程序可逆性、叫做磷脂的合成性盤狀分子，該種分子每一個都具備能將光線轉(zhuǎn)換成電流的內(nèi)部反應(yīng)中心;當(dāng)把該種分子與碳納米管混合到溶液中，盤狀分子會圍繞著碳納米管自我組裝。由于碳的導(dǎo)電性比金屬好，當(dāng)曝露在陽光下時，奈米管會提高釋入盤狀分子的電子之傳輸率。

　　而在盤狀分子的內(nèi)部，Strano的團(tuán)隊(duì)利用了會自我組裝成光線采集器的、由七種不同元素組成的化合物，建立了類似光合作用的循環(huán)性機(jī)制。通過添加一類似除油劑的接口活性劑，所有化合物組合會裂解為原來的元素;若再用過濾器將溶液中的接口活性劑去除，那些原始元素又會再次自我組裝成太陽能電池。

　　與目前性能最佳的、能源轉(zhuǎn)換效率不到20%的固態(tài)太陽能電池相比，MIT研究人員開發(fā)出的液態(tài)光電化學(xué)電池，轉(zhuǎn)換效率號稱可達(dá)到40%;研究人員并表示，開發(fā)濃度更高的碳納米管與盤狀分子組合，可望能將這種太陽能電池的效率進(jìn)一步提高。