以植物為師─自我修復太陽電池池
- 上線日期：2010/9/30 上午 12:00:00
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美國科學家最近製造出第一個具有自我修復(self-repairing)能力的太陽電池，該元件是由光捕捉蛋白質(light-harvesting proteins)、碳奈米管和磷脂(lipids)所構成，它模仿植物用來實行光合作用(photosynthesis)的自我修復系統，光-電轉換效率可望達到40%，為目前市售太陽電池最高效率的兩倍。
植物行光合作用時會接收太陽輻射並轉成電能。科學家一直嘗試以人造材料模仿植物的光合作用，但效果不彰，原因是演進太陽光會隨時間演進逐漸破壞太陽電池的組件。為解決此問題，植物發展出一套極精巧的自我修復機制，牽涉到持續分解和重組受損的光捕捉蛋白質，使它們工作起來就像新的一樣。
麻省理工學院(MIT)的Michael Strano等人最近創造出能將光能轉換成電能的自組成(self-assembling)複合物，成功地模仿植物自我修復機制。他們發現可藉由加入或移除界面活性劑(surfactant)，讓此複合物循環式地進行分解和組裝，不過複合物只有在組裝後才具有光活性(photoactive)。
該複合物是由光補捉蛋白質、單壁式碳奈米管和盤狀磷脂所構成。其中光捕捉蛋白質是從紫色不含硫光合菌(Rhodobacter sphaeroides)所分離出，具有一個由菌葉綠素(bacteriochlorophylls)與其他分子構成的光反應中心(由磷脂傳輸)。一旦此中心暴露在太陽光中，它會將光能轉換成電子-電洞對(即激子，exciton)。激子通過反應中心後，便分解成電子和電洞。而碳奈米管不僅能像導線般輸送電子，還能讓盤狀磷脂排列整齊，確保反應中心均勻暴露在太陽光中。
該團隊表示，透過再生機制，他們的太陽電池壽命可以無限延長，相較於一般太陽電池，在連續164小時的太陽光照射下，該電池的效率提升了300%之譜。如果能增加複合物濃度做出完美的堆疊結構，此電池的效率有可能達到40%的理論極限，大大超越目前市售太陽電池的效率。詳見Nature Chemistry | doi:10.1038/nchem.822。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/43688
譯者:吳俊緯(成功大學微電子工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝
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