M13病毒可将太阳能电池效率提高三成

2011-4-27 10:02 来源: 中国科学院
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  美国麻省理工学院4月26日在其网站上宣称,该校研究人员日前开发出了一种新技术,可通过一种名为“M13”的病毒将太阳能电池的光电转换效率提高近三成。相关论文发表在最新一期《自然·纳米技术》杂志上。

  先前的研究已经发现,碳纳米管可以提高太阳能电池的转换效率。理想的情况下,碳纳米管会收集更多的电子,提高太阳能电池的表面积,从而产生更大的电流。但麻省理工学院的研究人员发现,该技术也存有一定的局限性。碳纳米管有两种,按功能可分为半导体类碳纳米管和导线类碳纳米管,两种纳米管不但在作用上不同,还容易发生聚集,从而严重影响转化效率。

  研究人员经研究发现,M13病毒可以很好地解决这一问题。这种病毒长度为880纳米,结构简单易于操控,且对人体无害。M13病毒中的一种肽可使其附着在碳纳米管上,从而保证纳米管处于恰当的位置上,避免与其他碳纳米管发生黏连。每个病毒使用300个左右的蛋白质分子可以控制大约5到10个纳米管。实验显示,采用病毒结构的新型太阳能电池可将光电转化效率从普通太阳能电池的8%提高到10.6%,而新系统在重量上只增加了0.1%。

  研究人员发现,除可固定碳纳米管外,M13病毒还会产生出二氧化钛,而二氧化钛颗粒可有效提高电子的传输效率。这种物质同样也是“格雷策尔电池”中的主要组成部分。“格雷策尔电池”也被称为染料敏化太阳能电池,工作原理是通过模仿光合作用产生电能。其发明人瑞士洛桑联邦高等理工学院光子学和界面试验室主任迈克尔·格雷策尔曾因该技术被授予芬兰2010年“千年技术奖”。此外,M13病毒还会让碳纳米管具有水溶性,使其在室温条件下可更方便地加入到太阳能电池板中,从而降低生产成本。

  研究人员称,关于两种碳纳米管在太阳能电池中具有不同效用的发现也是此次研究的一项重要成果,此前还没有被实验证明过。半导体纳米管可以提高太阳能电池的性能,但导线类纳米管的作用却正好相反。该发现或有助于设计出更有效的纳米电池、压电材料或其他与电力相关的材料。

  负责该项研究的麻省理工学院教授安吉拉·贝尔彻说,该技术还可以用来设计其他病毒增强型太阳能电池,包括量子点和有机太阳能电池。在提高普通太阳能电池的转化效率上该技术也有很大的潜力,不过这有赖于生物技术的进一步发展。