硅藻有望使太阳能电池效率提高3倍

美国俄勒冈州立大学和波特兰州立大学的研究人员近日表示，他们找到了利用硅藻类生命结构开发最新太阳能电池技术的途径。相比目前的硅基太阳能电池，利用新技术制作的太阳能发电系统更为简单。

硅藻这种微小的单细胞海洋生命体在地球上已经存活了至少1亿年，它们是海洋中众多生命食物链的基础。此外，受其坚硬硅外壳的吸引，人们正在不断地将其作为开发纳米结构的新途径。

美国俄勒冈州立大学化学工程教授Greg Rorrer表示，现存的大多数太阳能电池技术都基于硅材料，它们的能力已几乎被开发到了极限，因此其他太阳能技术将有更好的发展机会。

染料敏化太阳能电池技术就是其中一种，它使用环保材料并可在较低的光照条件下正常工作。然而，在目前制造的染料敏化太阳能电池中，人们较难获得光电转换半导体。

利用生物学而非传统的半导体生产方式，俄勒冈州立大学和波特兰州立大学的研究人员开发出了制作染料敏化太阳能电池的新方法。新开发的制造方法与旧方法的不同之处在于几个独特的步骤，同时新电池具有提供更多电能的潜力。

新的制造方法基于硅藻类生命体，这些极小单细胞硅藻具有人们所需的纳米结构外壳。为制造染料敏化太阳能电池，研究人员先让硅藻“定居”在透明的导电玻璃板面上，然后去掉构成硅藻生命的有机物质，仅留下它们微小的硅壳构成所需的模板。

 研究人员接着用一种生物制剂将溶解的钛沉积在模板硅壳中，获得了微小的二氧化钛纳米粒子，这些粒子形成的薄膜与染料敏化太阳能电池中的半导体具有相同的作 用。于是，他们利用自然生物体轻而易举地获得了传统染料敏化太阳能电池中难以获得的半导体，同时用料简便且价格低廉。

罗尔热表示，常用的薄膜光合成染料从阳光中获得光子传递给二氧化钛产生电。然而，在新技术生产的电池中，光子在硅藻壳中多次反弹，结果是产生电能的效率更 高。他表示，研究人员目前虽还没有完全了解此过程的物理特性，但是它的有效性却十分明显。除代替半导体的新材料呈简单薄层结构外，硅藻壳的小孔似乎增加了 光子与染料间的相互作用，从而促进了光电转换，提高了电能输出。

虽然利用新技术制造染料敏化太阳能电池的成本要略高于现有生产同类电池的成本，但是研究人员相信，最终产出的电能有望高出现在电池3倍。