美国大学研究人员发现一种方法相结合的菠菜的光合蛋白光转化为电化学能源用于太阳能电池的硅。
结合生产更多的电流比之前已经生成的合成太阳能电池,团队说范德比尔特大学纳什维尔。
这项研究刚刚发表在在线杂志先进材料和范德比尔特大学申请了专利的新方法。
化学副教授大卫·Cliffel说,“这种组合产生当前水平几乎1000倍我们能够实现在各种类型的金属沉淀的蛋白质。它还生产少量增加电压。”
“如果我们能继续我们当前轨迹增加电压和电流的水平,我们可以达到三年来成熟的太阳能转换技术的范围。”
大卫Cliffel从事化学和生物分子工程学项目与凯恩詹宁斯教授。
这个团队现在正计划使用设计构建一个PS1-silicon太阳能电池工作。
凯特·詹宁斯已经从美国环境保护署一个奖项,允许本科工科学生创建原型。学生们赢得了在4月国家可持续设计世博会之后,他们创建了一个太阳能电池板从一个两岁的设计。
凯特·詹宁斯认为下端连接面板可能产生至少100毫安一伏特,几个小电子设备供电。
在40年前,发现光系统1 (PS1),一种蛋白质参与光合作用后,仍然运作来自植物包括菠菜。然后还发现,PS1将阳光转化为电能在近100 pt效率,而人造设备转换的效率低于40%。这意味着PS1可以用来创造更高效的太阳能电池。
合成细胞也可以由廉价易得的材料,与许多微电子设备,需要昂贵的铂或铟。许多植物光合蛋白使用相同的,菠菜和凯特·詹宁斯也工作在另一个研究项目发现从葛根中提取PS1的一种方式。
研究人员发现有效的方法从树叶和PS1表明它可以放在细胞生成电流,当暴露于太阳,但每平方英寸的功率合成细胞产生明显低于所产生的商业光伏电池。
另一个问题是长寿。一些早期的性能测试细胞几周后下降。但在2010年,范德比尔特大学的研究人员使PS1细胞持续九个月没有降低性能。
大卫Cliffel说,“自然知道如何做到这一点非常好。例如,在常绿树木,PS1持续多年。我们必须弄清楚如何去做自己。”
范德比尔特大学小组称其PS1 /硅方法生成几乎毫安电流(850微安)每平方厘米0.3伏特。这几乎是两倍半的其他表现合成细胞。
这个组合非常管用,因为硅衬底的电特性专门设计的符合PS1的分子。这是由“兴奋剂”——使用带电原子植入硅改变其电特性。在这种情况下,蛋白质和硅掺杂正电荷工作很好但不是negatively-doped硅。
构建设备,团队把PS1从菠菜,把它在水溶液中,把它倒在一个积极的p型硅晶片。晶片被放置在一个真空室蒸发水,留下一个蛋白质的电影大约一微米或100 PS1分子厚。
PS1蛋白质暴露于光线时,光子吸收能量和自由电子和运输的蛋白质。这种形式的正电荷,叫做孔,搬到另一边的蛋白质。
在一片叶子,所有PS1蛋白质是一致的,但在设备的蛋白质层,个别蛋白质是随机分布。建模之前认为这可能是一个大问题。
当蛋白质沉积在金属衬底的一个方向提供电子,金属收集,而相反把电子从金属填补漏洞。这意味着他们产生积极和消极的电流,会互相抵消,产生一个很小的电流。
但p型硅允许电子流入PS1和不接受他们从蛋白质,所以电子穿过电路在同一个方向。
“这不是一样好蛋白质结合,但它是比我们之前,“凯特·詹宁斯补充道。
这项研究是由研究生加布里埃尔·勒布朗,陈和艾凡Gizzie公平。
这项研究是由国家科学基金会的资助,资助EPSCoR Scialog项目和研究公司的科学发展。
主题:可再生能源
