只要有太陽(yáng)就有電
提到太陽(yáng)能,大家都會(huì)說(shuō)出它的優(yōu)點(diǎn):清潔無(wú)污染、取之不盡等等。太陽(yáng)每秒鐘到達(dá)地面的能量達(dá)80萬(wàn)千瓦,如果將太陽(yáng)光照射地球表面1個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的所有能量聚積起來(lái),就足以滿(mǎn)足人類(lèi)整整一年的能源需求。葉綠體是綠色植物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu),能將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,是最為有效的固定太陽(yáng)光能的過(guò)程。染料敏化太陽(yáng)能電池就是仿照植物葉綠素光合作用原理,嘗試將光能轉(zhuǎn)化成電能。
什么是染料敏化太陽(yáng)能電池?馮曉東介紹說(shuō),染料敏化太陽(yáng)能電池中所使用的有機(jī)染料,就如同樹(shù)葉中的葉綠素,在太陽(yáng)光的照射下,會(huì)產(chǎn)生光生電子,納米氧化鈦電極就像集結(jié)電子的收集器,當(dāng)有外電路接通時(shí),收集器中的電子就會(huì)通過(guò)外電路,跑到另外一極,形成電流。當(dāng)外電路沒(méi)有接通時(shí),電子就聚集在納米氧化鈦上儲(chǔ)存起來(lái),形成電壓。這種電池只要在光照下,就會(huì)源源不斷地產(chǎn)生電子,將光能直接轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能。
長(zhǎng)得像塊“三明治”
“這種新型太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)類(lèi)似‘三明治’,中空是一層納米‘夾心’。”馮曉東說(shuō),光電轉(zhuǎn)化的玄機(jī)就藏在這層幾十微米厚的復(fù)合薄膜中。“夾心”中的染料充當(dāng)“捕光手”,納米二氧化鈦則是“光電轉(zhuǎn)換器”。但現(xiàn)在普遍存在的問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)化率太低。“太陽(yáng)能的光譜很寬,但現(xiàn)在染料‘捕光手’的能力比較弱,只能吸收太陽(yáng)能中的可見(jiàn)光,大量的紅外光等不能被吸收,這是很大的浪費(fèi)。”馮曉東介紹,為了讓染料盡可能多“吃”太陽(yáng)光,科研人員別出心裁地撒了點(diǎn)“作料”——一種由納米熒光材料制成的量子點(diǎn),讓不同波長(zhǎng)的陽(yáng)光都能對(duì)上“捕光手”的“胃口”。只要不斷改進(jìn)“配方”,納米“夾心”的光電轉(zhuǎn)化效率就能一次次提高。隨著材料和器件結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn),相信這種神奇“樹(shù)葉”的商業(yè)化前景非常樂(lè)觀。
陽(yáng)光不太充足也沒(méi)關(guān)系
“染料敏化電池的最大吸引力在于廉價(jià)的原材料和簡(jiǎn)單的制作工藝。”馮曉東說(shuō),染料敏化電池的成本僅相當(dāng)于硅電池板的1/10。同時(shí),它對(duì)光照條件要求不高,即便在陽(yáng)光不太充足的室內(nèi),其光電轉(zhuǎn)化率也不會(huì)受到太大影響。另外,它還有許多有趣用途。比如,用塑料替代玻璃“夾板”,就能制成可彎曲的柔性電池;將它做成顯示器,就可一邊發(fā)電,一邊發(fā)光,實(shí)現(xiàn)能源自給自足。