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更高效的太阳能电池模仿光合作用

信息来源:nooeoo.com  时间:2019-03-04  浏览次数:42

由光驱动的发电站

更高效的太阳能电池模仿光合作用

更高效的太阳能电池模仿光合作用

发电站中直接从太阳获取能量的生物体,其最小的组成部分基本上是微型反应堆,周围的收集器捕捉光子并将其转发到中心。结构和组件之间的相互作用之间的紧密联系提高了生产力,一个国际研究团队正在使用这一策略来提高太阳能技术的效率。

绿色植物、藻类和一些细菌利用阳光转换能量。叶绿素中的色素吸收电磁辐射,在电子中引起化学反应。这些反应发生在复杂蛋白质结构的细胞核中,专家称之为光系统I和II。在这些光系统中发生的过程是由催化剂按一定顺序诱导的。第一步,氧气从水中释放出来。下面的反应产生的碳水化合物不需要进一步的能量来源。

光系统的反应中心被聚集成固结复合物的吸收光的色素所包围。这些天线增加了光线照射的面积,扩大了可用波长的频谱,这两项都是有利的能量平衡的先决条件。每个反应堆堆芯周围大约有30个天线。科学家进行的实验还远远不能复制大自然的复杂性。一般来说,1:1的比例是最好的:一个吸光分子结合一个催化剂氧化水。

由Dirk Guldi教授和他的前雇员Konstantin Dirian博士领导的研究小组希望通过合成基于光系统II中结构和功能之间的相关性的模块来革新太阳能技术。在新开发的系统中,吸收光线的晶体,比如已经在led、晶体管和太阳能电池中使用的晶体,被分层成六角形的蜂窝网络,围绕在一个氧化水催化剂周围,催化剂的中心有四个钌金属原子。当以一种相当简单的方式显示时,由两个具有共同长轴的组件组成的紧凑、稳定的单元让人想起圆柱形电池。在自组装的化学过程中,这种“微型发电站”创造出了二维板条。它们就像门道上的一层,形成一个共同的块状结构,收集来自太阳光线的能量。

这并不是对自然光系统中理想排列的完全准确再现,但原理是一样的。五个蜂窝状的大分子具有捕捉光线的能力,它们在每个反应堆堆芯周围形成一个护套。研究表明,这些小型发电站在收集太阳能方面是高效和成功的。它们的效率超过40%,损失极小。植物反射的光谱中绿色部分的波长也可以利用。这些研究结果给太阳能技术带来了希望,希望有一天它能像大自然一样有效地利用太阳能。

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