病毒提高太阳能电池效率


  毒群落有助于制造更好的太阳能板,确保纳米级元件正常运行,这是根据一项新的研究所说的。麻省理工学院(MIT)的研究人员说,他们借助病毒取得了突破,使太阳能板的能量转换效率提高了三分之一。这项研究在线发表在本周的《自然•纳米技术》上。

  科学家已经知道,碳纳米管就是卷起的片状石墨烯,可提高太阳能电池的效率。在理想情况下,这种碳纳米管会收集更多的电子,这些电子被激发,就在太阳能电池的表面,这就使更大量的电子可用来产生电流。

  但也有复杂性,碳纳米管会出现两个变体,它们的作用或者是半导体或者是导线,而且各自性能都不一样。它们还易于聚集在一起,这就使它们不太有利于收集自身的电子。麻省理工学院研究人员发现,某些细菌攻击性病毒(bacteria-attacking virus)名为M13,可以用来使事情更加顺利。

  M13含有肽(peptides),可以结合到碳纳米管,使它们固定,麻省理工学院的新闻解释说。每个病毒可以抓住大约5至10个纳米管,可以利用大约300个蛋白质分子。这些病毒也可进行基因设计,生成二氧化钛(TiO2 :titanium dioxide),这恰好是主要成分,可用于格拉采尔(Grätzel)电池,又叫染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells)。这些电池采用二氧化钛代替硅,其发明者迈克尔•格拉采尔(Michael Grätzel)是瑞士洛桑联邦理工学院(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)的,去年赢得千年技术奖(Millenium Technology Prize)就是因为这个。有一种紧密联系存在于二氧化钛纳米粒子之间,有利于传输电子更有效。

  这种病毒也使碳纳米管成为水溶性的,这就使它们更容易集成到光伏电池,在室温下就可集成,降低了生产成本。

  研究生党湘南(Xiangnan Dang)和易云军(Hyunjung Yi),麻省理工学院教授安吉拉•贝尔彻(Angela Belcher)和他的同事测试了这种方法,采用的就是格拉采尔电池,但是他们说,这项技术可以用来制造其他病毒增强型太阳能电池(virus-augmented solar cells),包括量子点(quantum-dot)和有机太阳能电池(organic solar cells)。

  他们还了解到,两种版本的纳米管会不同地影响太阳能电池的效率,这在以前还没有被证实过。半导体纳米管可以提高太阳能电池的性能,但持续导电的导线具有相反的效果。这种知识可能有助于设计更有效的纳米电池、压电或其他与电有关的材料。

  这种病毒制成的结构可以提高太阳能电池的光电转换效率,从8%提高到10.6%,这是麻省理工学院的新闻所说的。这大约是三分之一的改进,采用的病毒系统只占0.1%的电池重量。

  “有一点生物学就可以走很长的路,”贝尔彻在麻省理工学院的新闻报道中说。研究人员认为,进一步研究可以更多地提高效率。