只要有太陽就有電
提到太陽能，大家都會說出它的優(yōu)點(diǎn)：清潔無污染、取之不盡等等。太陽每秒鐘到達(dá)地面的能量達(dá)80萬千瓦，如果將太陽光照射地球表面1個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的所有能量聚積起來，就足以滿足人類整整一年的能源需求。葉綠體是綠色植物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)，能將太陽光轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，是最為有效的固定太陽光能的過程。染料敏化太陽能電池就是仿照植物葉綠素光合作用原理，嘗試將光能轉(zhuǎn)化成電能。
什么是染料敏化太陽能電池？馮曉東介紹說，染料敏化太陽能電池中所使用的有機(jī)染料，就如同樹葉中的葉綠素，在太陽光的照射下，會產(chǎn)生光生電子，納米氧化鈦電極就像集結(jié)電子的收集器，當(dāng)有外電路接通時(shí)，收集器中的電子就會通過外電路，跑到另外一極，形成電流。當(dāng)外電路沒有接通時(shí)，電子就聚集在納米氧化鈦上儲存起來，形成電壓。這種電池只要在光照下，就會源源不斷地產(chǎn)生電子，將光能直接轉(zhuǎn)化為太陽能。
長得像塊“三明治”
“這種新型太陽能電池的結(jié)構(gòu)類似‘三明治’，中空是一層納米‘夾心’。”馮曉東說，光電轉(zhuǎn)化的玄機(jī)就藏在這層幾十微米厚的復(fù)合薄膜中。“夾心”中的染料充當(dāng)“捕光手”，納米二氧化鈦則是“光電轉(zhuǎn)換器”。但現(xiàn)在普遍存在的問題是光電轉(zhuǎn)化率太低。“太陽能的光譜很寬，但現(xiàn)在染料‘捕光手’的能力比較弱，只能吸收太陽能中的可見光，大量的紅外光等不能被吸收，這是很大的浪費(fèi)。”馮曉東介紹，為了讓染料盡可能多“吃”太陽光，科研人員別出心裁地撒了點(diǎn)“作料”——一種由納米熒光材料制成的量子點(diǎn)，讓不同波長的陽光都能對上“捕光手”的“胃口”。只要不斷改進(jìn)“配方”，納米“夾心”的光電轉(zhuǎn)化效率就能一次次提高。隨著材料和器件結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，相信這種神奇“樹葉”的商業(yè)化前景非常樂觀。
陽光不太充足也沒關(guān)系
“染料敏化電池的最大吸引力在于廉價(jià)的原材料和簡單的制作工藝。”馮曉東說，染料敏化電池的成本僅相當(dāng)于硅電池板的1／10。同時(shí)，它對光照條件要求不高，即便在陽光不太充足的室內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)化率也不會受到太大影響。另外，它還有許多有趣用途。比如，用塑料替代玻璃“夾板”，就能制成可彎曲的柔性電池；將它做成顯示器，就可一邊發(fā)電，一邊發(fā)光，實(shí)現(xiàn)能源自給自足。
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