化石硅藻增强了太阳能技术

时间：2021-07-14 11:52:16 来源：

耶鲁大学的研究人员证明了使用化石硅藻（硅藻土）来促进太阳能技术的发展。

硅藻是一种繁殖力强的藻类，因其操纵光的能力而被称为“海洋中的宝石”。现在，研究人员希望利用这一特性来促进太阳能技术的发展。

在化学与环境工程副教授安德烈·泰勒（Andre Taylor）的实验室中，化硅藻被用于解决长期困扰有机太阳能电池开发的设计问题。他们的工作结果发表在《有机电子》上。

丰富的硅藻存在于各种水中，甚至在树皮中，并具有由纳米结构的二氧化硅或玻璃制成的骨架。博士林德西·麦克米伦·布朗（Lyndsey McMillon-Brown）说：“自然界中存在这些东西真是令人惊讶。泰勒实验室的学生，该研究的主要作者。“它们有助于捕获和散射光，使藻类进行光合作用，因此我们能够直接使用自然界中的某些物质并将其放入太阳能电池中。”

这些小型生物可能被证明对设计称为有机光伏技术的太阳能技术特别有价值，这是传统太阳能技术的一种低成本选择。但是，设计这些设备的一个挑战是它们需要非常薄的有源层（100至300纳米），这限制了它们将光转换为电的效率。纠正此问题的方法包括嵌入纳米结构，以捕获和散射光以提高吸收水平。但是，这些方法对于大规模生产而言过于昂贵。

这就是硅藻可以提供帮助的地方。经过数十亿年的自适应发展，它们已经针对光吸收进行了优化。它们是自然界中最常见的浮游植物类型，价格便宜，几乎可以在任何地方找到。该研究团队由来自NASA，普林斯顿大学和林肯大学的合作者组成，他们将硅藻分散在整个太阳能电池的活性层中。这样，他们减少了有源层所需的材料量，但保持了相同水平的电输出。

McMillon-Brown说：“我们能够看到正确的浓度以及需要将多少这种材料放入太阳能电池中才能得到增强。”“这真的很有益，因为我们使用的活性层材料价格昂贵而且非常稀有。”

尽管硅藻最初对于活性层而言过大，但它们能够通过简单的研磨过程将其修复。McMillon-Brown说：“它不会中断我们现有的处理步骤，因此不会增加任何复杂性或挑战，并且绝对可以轻松地添加到现有的商业化有机太阳能电池中。”

McMillon-Brown和Taylor表示，如果进行一些调整，可能会获得更好的结果。

泰勒说：“我们可以使用不同种类的硅藻并将其调整为合适的尺寸，也可以使用一些更好的施主-受主聚合物来获得更高的性能。”

麦克米伦-布朗说，硅藻一得知她就很自然地适合她的研究。

她说：“我的工作是仿生学，所以我一直在研究自然界中现有的模式和结构。”“我们一直在寻求自然界中的新模式，因为我们相信自然界能够解决我们所有的工程问题-我们只需要找到解决方案即可。”

出版物：LyndseyMcMillon-Brown等人，“通过用纳米结构的硅藻土进行处理在聚合物太阳能电池中捕光”，有机电子，第51卷，2017年12月，第422-427页； doi：10.1016 / j.orgel.2017.09.009

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