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[科普中国]-叶绿素发电

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叶绿素发电植物中有一种叫作叶绿素的色素体,在阳光照射下进行光合作用,并产生能量,这种能量实质上就是电子流。1

叶绿素发电实验日本岛根大学农学都的落合英夫教授等人,把生长在温泉附近的耐高温的蓝藻用离心机脱水,使其成果酱状,然后把它涂在氧化锡板上数十微米厚,作为阴极,用铂作阳极。用这个装置成功地获得了8~10微安电流。1

格洛丝把叶绿体涂在微型过滤薄膜上,用这种薄膜来分割两种溶液。一种溶液中含有释放电子的化学物质,另一种溶液则含有电子受体。当光线透过电子受体溶液照射到叶绿体上时,两者都受到激发,电子从释放电子的溶液中通过叶绿体进入电子受体溶液。发现由于某些电子受体分子对光非常敏感,失去活性的叶绿体也会产生电压。研究者根据覆盖在薄膜上的叶绿体面积,计算出总光能中立即转化为电的最多只有3%左右,其中叶绿体提供约2/3。2

叶绿素发电应用意大利米兰比科卡大学的Mib-Solar 研究所是太阳能发电领域最先进的研究机构之一,该机构目前正在实验一种叫DSCtechnology 的太阳能发电涂料。DSC 全称Dye-sensitised Solar Cell,意即“色素增感太阳电池”。

DSCtechnology 太阳能发电涂料的基本原理是利用叶绿素的光合作用。研究者称,构成该涂料的色素在吸收太阳光后,能激活光电系统、连通电路,从而产生电能。涂料用的色素原料可以用各类水果的果汁来加工,如蓝莓汁、覆盆子汁、红葡萄汁等。最适合该涂料的颜色是红色和紫色色系。

叶绿素发电优点从成本考虑,发电涂料要比电池板经济。这种太阳能发电涂料的成本只有太阳能电池板主材料硅的1/5。它基本上是由有机涂料和氧化钛组成,原材料都很廉价且可大批量生产。这种涂料的优点不光是成本低,对环境的适应性也远超“硅”电池板。在天气不良或光照暗等条件下,例如阴天或黎明、黄昏时都能产生效果。

叶绿素发电缺点不如“硅”板耐久,而且吸收效率较低。太阳能电池板的保质期一般是25 年,实际上很多30 年前安装的太阳能发明设备至今仍在生效,而太阳能发电涂料的设计寿命却只有10~15 年;太阳能电池板的吸收效率是15%,发电涂料的效率也只有前者的1/2 左右,仅约7%。太阳能涂料吸收效率低的弱点,可以由大面积涂抹的优点来抵消。因此,它依然为太阳能发电的普及提供了可能。如能顺利投入市场,便可大大降低太阳能发电的成本,让太阳能发电技术普及到日常应用。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学