美國普渡大學(xué)研制出具有自我修復(fù)能力的新型太陽能電池

美國普渡大學(xué)研究人員研發(fā)出一種新型太陽能電池，該電池可利用碳納米管和DNA技術(shù)模擬植物光合系統(tǒng)，實現(xiàn)自我修復(fù)，旨在延長太陽能電池組件的使用壽命并降低成本。

該大學(xué)機械工程助理教授Jong Hyun Choi稱，通過光學(xué)納米材料制造出人工光合系統(tǒng)，用于收集太陽能并轉(zhuǎn)換為電能。在電池的設(shè)計上則采用具有特殊電學(xué)性能的單壁碳納米管作為光電池的“分子導(dǎo)線”（molecular wires）。

常用光電化學(xué)電池將太陽光轉(zhuǎn)換為電能，利用液態(tài)電解質(zhì)傳遞電子，從而產(chǎn)生電流。然而，這種電池含有名為載色體（chromophores）的吸光染料，該染料作用與葉綠素相似，在吸收陽光后會逐漸失去活性。而該新型電池具有模擬植物每小時進行自我再生的特征，通過利用單壁碳納米管的特殊電學(xué)性能對被光破壞的染料進行更新，可實現(xiàn)滿負荷持續(xù)供電。

碳納米管作為工作平臺起著錨定DNA鏈的作用，而DNA鏈在改造后可識別并依附于載色體。該系統(tǒng)在DNA識別染料分子后會自動開始自我組裝。載色體在更新時，利用具有不同核苷酸序列的新DNA鏈產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的方法，將受損染料分子替換為新載色體。

對植物自我修復(fù)機制模擬技術(shù)而言，有兩大因素至關(guān)重要：分子識別與熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)（thermodynamic metastability）。由于天然載色體在使用時還需采取必要的細菌隔離措施，因此其利用難度較大，工業(yè)化生產(chǎn)成本也較高，所以可考慮使用名為卟啉的合成染料替代生物載色體。目前該方法仍處于基礎(chǔ)研究階段，但將來有可能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。