光伏電池是未來(lái)清潔能源的一個(gè)選擇，但是能源轉(zhuǎn)換率低下是一直困擾我們的問(wèn)題，那么我們?nèi)绾稳ソ鉀Q呢?加州大學(xué)河濱分校的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)植物的光合作用中的奧秘也許是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。
加州大學(xué)河濱分校的助理教授將光合作用和物理學(xué)進(jìn)行結(jié)合，得出的結(jié)果證明，可以使太陽(yáng)能電池效率更高。研究結(jié)果最近發(fā)表在“NanoLetter”雜志上。
NathanGabor曾專注于研究凝聚態(tài)物理學(xué)，很快就對(duì)光合作用產(chǎn)生了濃厚的興趣。在過(guò)去的六年里，他開(kāi)始重新思考太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換問(wèn)題：我們能不能把太陽(yáng)能電池的材料換成可以更有效吸收太陽(yáng)輻射的材料呢?Gabor說(shuō)：“植物們通過(guò)不斷進(jìn)化已經(jīng)可以達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，但是目前可用的太陽(yáng)能電池最高只有20%的轉(zhuǎn)換效率，而且不能控制太陽(yáng)能的突然變化?！边@極大地浪費(fèi)了太陽(yáng)的能量而且妨礙了太陽(yáng)能電池作為能源的普及。
Gabor和其他教授設(shè)計(jì)了一款新型的“量子熱發(fā)電光伏電池”，解決了能量轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，這款光電池可以控制太陽(yáng)能電池中的能量流動(dòng)。這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)合了熱發(fā)電機(jī)和光伏電池，可以吸收太陽(yáng)輻射的光子，并將其轉(zhuǎn)換為電能。
令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)這款電池可以在不需要主動(dòng)反饋或自適應(yīng)控制機(jī)制的情況下對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換，目前用于屋頂和太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)的常規(guī)光伏技術(shù)當(dāng)中，太陽(yáng)能功率的變動(dòng)必須要依靠變壓器和反饋控制器進(jìn)行控制，但是這大大降低了太陽(yáng)能發(fā)電的整體效率。
研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一款最簡(jiǎn)單的光伏電池，可以將太陽(yáng)輻射中的能量與平均功率要求進(jìn)行匹配，并可以對(duì)能量波動(dòng)進(jìn)行控制，以避免多余能量累積。
研究人員對(duì)比了兩款最簡(jiǎn)單的量子力學(xué)光伏電池系統(tǒng)：其中光伏電池僅僅吸收單一顏色的光，而另外一種電池吸收兩種顏色的光。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單地將光子吸收通道變?yōu)閮蓚€(gè)，光伏電池就自然而然的可以對(duì)能量流進(jìn)行調(diào)節(jié)了。
基本工作原理是一個(gè)通道吸收平均功率高的波長(zhǎng)，另一個(gè)吸收平均功率低的波長(zhǎng)。這樣，光伏電池就可以在高功率和低功率之間進(jìn)行切換，從而將不同功率的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的能量輸出。
當(dāng)Gabor和他的團(tuán)隊(duì)將這些簡(jiǎn)單的模型應(yīng)用在測(cè)量地球表面的太陽(yáng)光譜的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)，綠色光的吸收率，即最能吸收每單位波長(zhǎng)的部分對(duì)調(diào)整能量沒(méi)有作用，因此應(yīng)該被排除出去。他們從系統(tǒng)上對(duì)光電池參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而減少太陽(yáng)能的波動(dòng)，而且他們發(fā)現(xiàn)，吸收的光譜與綠色植物光合作用中觀察到的光譜幾乎一樣。
研究人員表明，量子熱發(fā)電光伏電池對(duì)能量的調(diào)節(jié)能力可能是解開(kāi)植物光合作用的關(guān)鍵，同時(shí)這也可以解釋綠色植物在地球上的優(yōu)勢(shì)。
其他研究人員最近發(fā)現(xiàn)植物中包括葉綠素A、葉綠素B在內(nèi)的幾種分子結(jié)構(gòu)，對(duì)于防止植物體內(nèi)能量過(guò)多積累起著至關(guān)重要的作用，如果沒(méi)有這些分子的存在，過(guò)多的能量積累可能會(huì)殺死它們。河濱分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，他們研究的光伏電池的分子結(jié)構(gòu)與光合作用中葉綠素的分子結(jié)構(gòu)十分類似。
Gabor團(tuán)隊(duì)提出的假設(shè)首先將量子力學(xué)和綠色植物結(jié)合了起來(lái)，同時(shí)為檢驗(yàn)自然調(diào)節(jié)的研究人員提供了一套明確的研究方案。更重要的是，他們的設(shè)計(jì)允許對(duì)無(wú)能量輸入進(jìn)行檢測(cè)，這個(gè)程序使得光伏電池的量子結(jié)構(gòu)從制造角度來(lái)講變?yōu)榭赡堋?/p>
