硅藻，一種繁衍十分迅速的藻類植物，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)特性來推動太陽能技術(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，硅藻化石被用來解決長期以來一直阻礙著有機(jī)太陽能電池發(fā)展的設(shè)計(jì)問題。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。“自然界中存在的這些東西真是太令人驚訝了。”研究的主要作者，Taylor 實(shí)驗(yàn)室的一位博士生Lyndsey McMillon Brown說道：“它們能夠捕捉并分散光，然后進(jìn)行光合作用，也就是說我們可以直接使用自然界里的東西——將它們放入太陽能電池中。”
這些微小生物可能對有機(jī)太陽能電池(相較于傳統(tǒng)太陽能技術(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)問題的方案便是嵌入能夠吸收與分散光的納米結(jié)構(gòu)來提高吸收水平，但這對于大規(guī)模生產(chǎn)來說太貴了。而這恰恰就是硅藻能夠起作用的地方。經(jīng)過數(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的浮游植物，這就意味著它們很便宜。
Taylor的研究小組與來自NASA、普林斯頓大學(xué)和林肯大學(xué)的合作者齊心協(xié)力，將硅藻分散在太陽能電池的活性層上。通過這樣做，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說道：“這十分有意義，因?yàn)槲覀冎笆褂玫幕钚詫硬牧戏浅：币姷牟牧?，這就意味著它們的價(jià)格十分高昂。”
雖然一開始硅藻對于活性層來說太過龐大了，但是僅僅通過簡單的研磨工藝就解決了這個(gè)問題。McMillon Brown說道：“加入硅藻并沒有打亂現(xiàn)有的工序，因?yàn)檫@種做法沒有增加任何挑戰(zhàn)，就只是對現(xiàn)有有機(jī)太陽能電池的一個(gè)簡單補(bǔ)充?！?/span>
而Taylor表示，再經(jīng)過一些調(diào)整后，結(jié)果可能會更好。Taylor說道：“我們可以使用不同種類的硅藻并對其進(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，她感覺硅藻似乎就是為了她的研究而生的。對此她說道：“我的專業(yè)是仿生學(xué)，所以我一直在尋找自然界中還沒有被發(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所有的工程問題，但是我們必須靠自己找到那些方法。”
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