模仿自然，以水为基础的“人造叶子”可以发电

由北卡罗莱纳州立大学的研究人员领导的一个团队已经证明，以水凝胶为基础的太阳能设备——“人造叶子”——可以像太阳能电池一样发电。这一发现证实了制造更接近自然的太阳能电池的概念。它们也有可能比目前的领头羊——硅基太阳能电池更便宜、更环保。

这种可弯曲的装置由注入了光敏分子的水基凝胶组成——研究人员在其中一个实验中使用了植物叶绿素——再加上碳纳米管或石墨等碳材料涂层的电极。光敏分子“兴奋”太阳光发电,类似于植物分子合成糖为了成长而兴奋,博士说,北卡罗莱纳州的奥林Velev,英威达的化学和生物分子工程学教授和网上发表的一篇论文的主要作者材料化学学报描述新一代的太阳能电池。

Velev说，研究小组希望“学会如何模仿自然利用太阳能的材料。”虽然可以使用合成的光敏分子，但Velev说，由于它们的水凝胶基质，自然衍生的产品——比如叶绿素——也很容易集成到这些设备中。

现在他们已经证明了这一概念，Velev说，研究人员将努力微调基于水的光伏设备，使它们更像真正的叶子。

“下一步是模拟在植物中发现的自我再生机制，”Velev说。“另一个挑战是改变水基凝胶和光敏分子，以提高太阳能电池的效率。”

Velev甚至设想，在未来，屋顶可以覆盖类似的人造叶子太阳能电池的柔软薄片。

Velev说:“在这个阶段，我们不想过分承诺，因为这些设备的效率仍然相对较低，要成为一项实用的技术还有很长的路要走。”“然而，我们相信，以生物为灵感的‘软’发电设备的概念可能在未来为当今的固态技术提供一种替代方案。”

来自韩国空军研究实验室和中央大学的研究人员共同撰写了这项研究。这项研究由美国空军研究实验室和美国能源部资助。这项工作是北卡州立大学纳米技术项目Nano@NC State的一部分。

北卡州立大学的化学和生物分子工程系是该大学工程学院的一部分。

- kulikowski

编辑报告本文摘要如下。Velev目前正在欧洲休学术假;联系他时请考虑时差。

“基于软水物质的光伏器件”

作者: heng - jun Koo和Orlin D. Velev博士，NC州立大学;Suk Tai Chang，中央大学，首尔，韩国;Joseph M. Slocik和Rajesh R. Naik，空军研究实验室

发表:在线，2010年9月21日材料化学学报

摘要本文介绍了一种基于水软凝胶材料的新型光伏系统。以DAS和[Ru(bpy)3]2+两种光敏离子作为光活性分子嵌入水凝胶中。水凝胶光伏器件的性能与最近报道的其他仿生或离子光伏器件的性能相当或更高。我们提出了一个临时的机制，这是基于两个染料分子在光电流产生的协同效应。我们发现用碳纳米管、炭黑或石墨等碳材料包覆铜可以有效地替代昂贵的铂对电极。这些覆有碳层的铜电极可以大大降低这种水凝胶装置的成本，而不会造成效率损失。因此，一种新型的低成本、柔性的生物相容性基质光伏电池被证明是可行的。生物衍生的光活性分子，如叶绿素和光系统II，成功地在这类hgpv的水凝胶介质中运行。