【科技动态】从植物中获得灵感：变革太阳能电池储能技术
科学家发明了一种排列太阳能电池成分的新方法。图中绿杆为聚合物给体，紫色和棕色的是富勒烯受体。（图片来源：UCLA Chemistry）
目前居民屋顶的太阳能板每次只能储存几微秒的太阳能。一种由加州大学洛杉矶分校化学家发明的新技术能够将太阳能储存几周——这是一种能够改变太阳能电池设计的重大进展。
此项研究结果发表在《科学》杂志上。
新设计灵感来源于植物的光合作用。“生物通过阳光来产生能量的方式很棒。”文章作者之一，加州大学洛杉矶分校化学教授Sarah Tolbert解释道，“植物用非常高的效率来进行光合作用转化太阳能。”
“在光合作用中，接收阳光照耀的植物使用组织精细的纳米级别的细胞器来将电荷分离——将电子从带正电荷的分子中拉出，并将正负电荷分离。”Tolbert说，“这种分离过程是高效的光合作用的关键。”
一般的屋顶太阳能电池使用硅这种比较昂贵的材料来从阳光中获取能量。目前有用塑料来制造廉价电池的驱动力。但是由于被分离的正负电荷在输出电能前又重新结合，因此目前的塑料太阳能电池效率不高。
“目前的塑料太阳能电池没有像植物那样精细的结构，因为我们以前没有制造经验。”Tolbert说，“但是我们设计的这种新系统能在几天甚至几周内将正负电荷分离储存。一旦把结构搞对了，你就能大大延长能量的储存时间。”
加州大学洛杉矶分校制造的新系统中起到主要作用的是一种聚合物给体以及一种纳米级别的富勒烯受体。聚合物给体能够吸收阳光并将电子传递给富勒烯，电能就是在这个过程中产生的。
被称为有机光伏的塑料材料的结构通常像一盘煮过的意面那样无序。细长的聚合物给体就像“意面”，富勒烯就像“肉丸”。这样的结构使得电流很难流出电池，因为有时电子会弹回聚合物“意面”后消失。
新技术将这些成分有序排列——就像一把生意面和精确穿插其中的肉丸一样。一些富勒烯“肉丸”在聚合物给体形成的环抱中，另一些则在外侧。环抱中的富勒烯将电子从聚合物中分离然后“丢”给外侧的富勒烯。通过这样的方式，电子能够脱离聚合物存在几周的时间。
“当电荷不返回时，系统就能工作得好。”文章的另一作者，加州大学洛杉矶分校化学教授Benjamin Schwartz解释道，“这是第一次用合成有机光伏材料做到这一点。”
在新系统中，只要将材料放在一起它们就能完成自我组装。“我们真的很费力设计出了这种新系统，这样以后就不用费劲了。”Tolbert说
新设计比现在的一般设计更环保，因为材料可以在水中，而不是目前惯用的有毒有机溶剂中进行组装。
“一旦你能够做出这种材料，你就可以把它们倒到水里，它们会自己组装成合适的结构，因为它们就是这样被设计的。”Schwartz说，“所以无需额外的工作。”
研究人员已经开始研究如何将这种新技术应用于目前的太阳能电池中。
文章另一位作者，加州大学洛杉矶分校的化学教授Yves Rubin评价道：“我们还没有在真正的太阳能设备中测试这种材料。但解决方法全在这儿了。如果我们能把它们组装起来做成一个闭合电路时，我们就真的成功了。”
但就目前而言，这些科学家已经证明便宜的光伏材料能够用某种方式组织起来大大改善储存太阳能的能力。
（本文转自科研投资圈，来源：UCLA，作者：Melody Pupols）
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