美研制能自我修复的太阳能电池太阳能利用新思路 | 唐山科普在线唐山市科学技术协会主办

　　据美国物理学家组织网1月５日（北京时间）报道，美国研究人员正在研制一种新式太阳能电池，通过使用碳纳米管和DNA等材料，该电池能像植物体内天然的光合作用系统一样进行自我修复，从而延长电池寿命并减少制造成本。

　　光电化学电池可将太阳光转化为电力，使用能导电的电解液运送电子并制造出电流。传统光电化学电池一个最大弊端是其内吸收光线的染料难以更新，新技术通过不断用新染料替换被光子破坏的染料从而解决了这个问题。

　　新设计利用了单壁碳纳米管非同寻常的电学特性。碳纳米管可包含一层到上百层石墨片，只有一层石墨片的称为单壁碳纳米管，其管径约1.5纳米左右，是一种非常理想的纳米通道，一根开口的单壁碳纳米管可以被用作“电动马达”和“发电机”。科学家在实验中将单壁碳纳米管用作“捕光电池中的分子电线”。研究人员解释说，在新电池中，碳纳米管的主要功能是固定DNA片段。科学家也对DNA进行编程，让其具有核苷酸所拥有的特定序列，使其能识别并且依附染料。一旦DNA识别出染料分子，系统就开始自我组装，完成染料更新，就像植物体内时时刻刻都在进行的自我再生。

　　基于这种想法研制的革新性光电化学电池，只要不断向其中添加新染料，就能开足马力继续工作。而通过化学过程或通过增加具有不同核苷酸序列的新DNA片段，击落旧染料分子，接着朝其中添加新染料分子，就可实现染料的新旧更替。

　　这项模拟自然界中自我修复机制的技术有两个关键点：分子识别和该系统持续被溶解和重组的稳定性。

　　领导这种新式电池研制的美国普渡大学机械工程学助教崔宗献（音译）表示：“现在，我们已经使用光学纳米材料制造出了一种人工光合作用系统，新系统可以捕获太阳能，并将其转化为电能。新方法将来可以进行工业化生产。”

　　之前其他研究曾使用从细菌中提取出来的生物载色体取代染料，而崔宗献表示，使用天然载色体非常困难，其必须被捕获并同细菌隔离开，而且其工业化生产也非常昂贵。因此，崔团队在新试验中没有使用生物载色体，而是使用染料卟啉制成的人工载色体。

　　总编辑圈点

　　要说锁定和利用太阳光能，地球上实在找不到比植物光合作用更有效的途径。虽然一时还无法破解其奥秘，但科学家此前照葫芦画瓢做成的液态光电化学电池，在光电转换率上据说已经比目前性能最好的固态太阳能电池（光电转换率不到20%）增加一倍多。随着对植物光合作用的研究不断深入，此类具有自我修复能力的仿生太阳能电池开发频传喜讯。普渡大学这一最新进展也许正在暗示，未来太阳能发电的主宰不一定就是现今沸反盈天的光伏产业。