硅藻，一種繁衍十分迅速的藻類(lèi)植物，因?yàn)槠洳倏v光的能力而被譽(yù)為“大海里的珍寶”。如今，研究人員希望利用它們的光學(xué)特性來(lái)推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)。在Andre Taylor(一位化學(xué)與環(huán)境工程副教授)的實(shí)驗(yàn)室里，硅藻化石被用來(lái)解決長(zhǎng)期以來(lái)一直阻礙著有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展的設(shè)計(jì)問(wèn)題。這一研究成果被發(fā)表在《有機(jī)電子學(xué)》期刊上。
各種水體中甚至樹(shù)皮上都有大量的硅藻，這種植物有著由納米二氧化硅構(gòu)成的骨架?！白匀唤缰写嬖诘倪@些東西真是太令人驚訝了?！毖芯康闹饕髡?，Taylor 實(shí)驗(yàn)室的一位博士生Lyndsey McMillon Brown說(shuō)道：“它們能夠捕捉并分散光，然后進(jìn)行光合作用，也就是說(shuō)我們可以直接使用自然界里的東西——將它們放入太陽(yáng)能電池中。”
這些微小生物可能對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池(相較于傳統(tǒng)太陽(yáng)能技術(shù)，這種技術(shù)成本更低)的設(shè)計(jì)有著獨(dú)特的價(jià)值。因?yàn)樵O(shè)計(jì)這些電池的一個(gè)挑戰(zhàn)是，它們需要非常薄的活性層(只有100到300納米)，而這限制了它們將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率。解決這個(gè)問(wèn)題的方案便是嵌入能夠吸收與分散光的納米結(jié)構(gòu)來(lái)提高吸收水平，但這對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)太貴了。而這恰恰就是硅藻能夠起作用的地方。經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的適應(yīng)性進(jìn)化，它們已經(jīng)盡可能優(yōu)化了吸收光的能力。而且它們是自然界中最常見(jiàn)的浮游植物，這就意味著它們很便宜。
Taylor的研究小組與來(lái)自NASA、普林斯頓大學(xué)和林肯大學(xué)的合作者齊心協(xié)力，將硅藻分散在太陽(yáng)能電池的活性層上。通過(guò)這樣做，他們減少了活性層所需的材料數(shù)量，但保持了相同的電力輸出水平。
“在研究中，我們弄清楚了要放多少硅藻化石才能夠起到增強(qiáng)的作用?！盡cMillon Brown說(shuō)道：“這十分有意義，因?yàn)槲覀冎笆褂玫幕钚詫硬牧戏浅：币?jiàn)的材料，這就意味著它們的價(jià)格十分高昂?！?/span>
雖然一開(kāi)始硅藻對(duì)于活性層來(lái)說(shuō)太過(guò)龐大了，但是僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的研磨工藝就解決了這個(gè)問(wèn)題。McMillon Brown說(shuō)道：“加入硅藻并沒(méi)有打亂現(xiàn)有的工序，因?yàn)檫@種做法沒(méi)有增加任何挑戰(zhàn)，就只是對(duì)現(xiàn)有有機(jī)太陽(yáng)能電池的一個(gè)簡(jiǎn)單補(bǔ)充?！?/span>
而Taylor表示，再經(jīng)過(guò)一些調(diào)整后，結(jié)果可能會(huì)更好。Taylor說(shuō)道：“我們可以使用不同種類(lèi)的硅藻并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，還可以使用一些更好的供體-受體聚合物來(lái)獲得更高的性能?！?/span>
McMillon Brown還表示，當(dāng)她第一次接觸到硅藻的時(shí)候，她感覺(jué)硅藻似乎就是為了她的研究而生的。對(duì)此她說(shuō)道：“我的專(zhuān)業(yè)是仿生學(xué)，所以我一直在尋找自然界中還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的新模式和新結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲蚁嘈糯笞匀荒軌驇椭覀兘鉀Q所有的工程問(wèn)題，但是我們必須靠自己找到那些方法?！?/span>
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