模仿植物光合作用　MIT開發高效率太陽能電池

佈滿磷脂碟狀物(phospholipid disks)的碳奈米管，能讓太陽能電池具備自我修復(self-repairing)的功能，就像是植物行光合作用。這種光電化學(photoelectrochemical)太陽能電池是由美國麻省理工學院(MIT)的研究人員所開發，其能源轉換效率號稱可達到目前效能最佳之固態太陽能光電板的兩倍。

 

以人工方式進行的太陽能轉換，以及自然界的太陽能轉換，兩者間的主要不同之處，在於工程師會為太陽能電池做防護，以避免固態無機材料的逐漸劣化；而自然界的太陽能轉換，是透過光合作用，來預防並修復不可避免的液態有機材料損壞。

 

在自然界，使用永續性太陽能的案例不勝枚舉；舉例來說，能讓樹葉進行光合作用的有機化合物，經常會受到陽光的損壞，但樹葉有自我修復機制。透過對能夠不斷更新其太陽能轉換燃料機制的生物性光合作用過程之研究，科學家們現在已經有自信能製作出模仿該種自我修復能力的太陽能電池。

 

MIT的研究人員並沒有聲稱已經破解光合作用的秘密，但表示已能夠模仿植物的自我修復機制，不斷充實其能量採集技術。

 

光合作用過程包含一些內建的機制，植物內部以化學為基礎的動力引擎，會週期性地分解為基本的功能區塊(building blocks)，然後那些更新過的元素會再重組成全新的引擎。根據MIT教授Michael Strano的說法，植物會每個小時執行以上的程序，更新並循環其基於蛋白質的光合作用功能，使其以最佳效率持續運作。

 

Strano 所開發的方案，具備一種會模仿光合作用程序可逆性、叫做磷脂的合成性碟狀分子，該種分子每一個都具備能將光線轉換成電流的內部反應中心；當把該種分子與碳奈米管混合到溶液中，碟狀分子會圍繞著碳奈米管自我組裝。由於碳的導電性比金屬好，當曝露在陽光下時，奈米管會提高釋入碟狀分子的電子之傳輸率。

 

而在碟狀分子的內部，Strano的團隊利用了會自我組裝成光線採集器的、由七種不同元素組成的化合物，建立了類似光合作用的循環性機制。透過添加一類似除油劑的介面活性劑，所有化合物組合會裂解為原來的元素；若再用過濾器將溶液中的介面活性劑去除，那些原始元素又會再次自我組裝成太陽能電池。

 

與目前性能最佳的、能源轉換效率不到20%的固態太陽能電池相比，MIT研究人員開發出的液態光電化學電池，轉換效率號稱可達到40%；研究人員並表示，開發濃度更高的碳奈米管與碟狀分子組合，可望能將這種太陽能電池的效率進一步提高。

 

(參考原文： Self-repairing solar cell is bio-inspired ，by R. Colin Johnson)