賓夕法尼亞州立大學(Penn State)的副教授吳聰聰(聰聰)研究的是可以植入下一代太陽能電池的材料，以提高它們

利用生物材料模拟光合作用的下一代太陽能電池可能會賦予“綠色技術”新的含義。據一個國際研究小組稱，在鈣钛礦太陽能電池中添加蛋白質細菌或視紫紅質(bR)在一系列實驗室測試中提高了設備的效率。

“這些發現為開發一種更便宜、更環保的生物鈣钛礦太陽能電池技術打開了大門，”賓州州立大學負責研究的副校長兼材料科學教授沙尚克·普裡亞(Shashank Priya)說。“未來，我們可能會用相對便宜的天然材料來替代太陽能電池内部一些昂貴的化學物質。”

鈣钛礦太陽能電池因其獨特的晶體結構而得名，這種晶體結構擅長吸收可見光。由于它們提供了一種更高效、更便宜的替代傳統矽基太陽能技術的方法，因此成為了一個備受關注的研究領域。

最有效的鈣钛礦太陽能電池可以将22%到23%的陽光轉化為電能。研究人員發現，在鈣钛礦太陽能電池中添加bR蛋白可以将設備的效率從14.5%提高到17%。他們在美國化學學會雜志《ACS應用材料與界面》上發表了他們的發現。這項研究是科學家們第一次證明在鈣钛礦太陽能電池中添加生物材料可以提供高效率。

研究人員說，未來的研究可能會産生更有效的生物鈣钛礦材料。“以前的研究已經通過在太陽能電池結構内混合特定的蛋白質達到了8%或9%的效率，”該研究的聯合首席作者Priya說。“但沒有一個接近17%。這些發現非常重要。”據研究人員稱，商用太陽能電池陣列由成百上千個獨立的太陽能電池組成，因此即使是很小的效率提升也能帶來真正的節約。

利用自然界，研究人員試圖通過福斯特共振能量轉移(FRET)進一步提高鈣钛礦太陽能電池的性能。美國東北大學和哈佛大學波士頓兒童醫院的教授Renugopalakrishnan Venkatesan說:“FRET機制已經存在很長時間了。”“它似乎是光合作用的基礎，可以在能量的無線傳輸等技術中找到，甚至在動物世界中作為一種交流機制。”我們正利用這一機制，試圖創造一個生物系統的世界，有潛力超越無機或有機分子。”bR蛋白和鈣钛礦材料具有相似的電學性質或帶隙。通過調整這些間隙，科學家們假設他們可以通過FRET機制在鈣钛礦太陽能電池中獲得更好的性能。

“太陽能電池的工作原理是吸收光能或光子分子，并産生電子-空穴對，”蘇哈布拉塔·達斯(Subhabrata Das)說。“通過向相反的方向發射電子和空穴，太陽能電池産生的電流可以轉化為電能。”然而，一定比例的電子空穴對重新結合，減少了産生的電流。

科學家們說，将bR蛋白混合到鈣钛礦太陽能電池中，有助于電子空穴對更好地穿過設備，減少重組損失并提高效率。研究人員表示，這些發現可能會産生更大的影響，從而設計出其他人工和生物材料協同工作的混合設備。

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