美國麻省理工學(xué)院4月26日在其網(wǎng)站上宣稱，該校研究人員日前開發(fā)出了一種新技術(shù)，可通過一種名為“M13”的病毒將太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高近三成。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然·納米技術(shù)》雜志上。
先前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，碳納米管可以提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。理想的情況下，碳納米管會收集更多的電子，提高太陽能電池的表面積，從而產(chǎn)生更大的電流。但麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)也存有一定的局限性。碳納米管有兩種，按功能可分為半導(dǎo)體類碳納米管和導(dǎo)線類碳納米管，兩種納米管不但在作用上不同，還容易發(fā)生聚集，從而嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)化效率。
研究人員經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，M13病毒可以很好地解決這一問題。這種病毒長度為880納米，結(jié)構(gòu)簡單易于操控，且對人體無害。M13病毒中的一種肽可使其附著在碳納米管上，從而保證納米管處于恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?，避免與其他碳納米管發(fā)生黏連。每個病毒使用300個左右的蛋白質(zhì)分子可以控制大約5到10個納米管。實驗顯示，采用病毒結(jié)構(gòu)的新型太陽能電池可將光電轉(zhuǎn)化效率從普通太陽能電池的8%提高到10.6%，而新系統(tǒng)在重量上只增加了0.1%。
研究人員發(fā)現(xiàn)，除可固定碳納米管外，M13病毒還會產(chǎn)生出二氧化鈦，而二氧化鈦顆?？捎行岣唠娮拥膫鬏斝?。這種物質(zhì)同樣也是“格雷策爾電池”中的主要組成部分。“格雷策爾電池”也被稱為染料敏化太陽能電池，工作原理是通過模仿光合作用產(chǎn)生電能。其發(fā)明人瑞士洛桑聯(lián)邦高等理工學(xué)院光子學(xué)和界面試驗室主任邁克爾·格雷策爾曾因該技術(shù)被授予芬蘭2010年“千年技術(shù)獎”。此外，M13病毒還會讓碳納米管具有水溶性，使其在室溫條件下可更方便地加入到太陽能電池板中，從而降低生產(chǎn)成本。
研究人員稱，關(guān)于兩種碳納米管在太陽能電池中具有不同效用的發(fā)現(xiàn)也是此次研究的一項重要成果，此前還沒有被實驗證明過。半導(dǎo)體納米管可以提高太陽能電池的性能，但導(dǎo)線類納米管的作用卻正好相反。該發(fā)現(xiàn)或有助于設(shè)計出更有效的納米電池、壓電材料或其他與電力相關(guān)的材料。
負(fù)責(zé)該項研究的麻省理工學(xué)院教授安吉拉·貝爾徹說，該技術(shù)還可以用來設(shè)計其他病毒增強(qiáng)型太陽能電池，包括量子點和有機(jī)太陽能電池。在提高普通太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率上該技術(shù)也有很大的潛力，不過這有賴于生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展
