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蝦米?用蝦子製造有機太陽能電池!

上網時間: 2015年02月26日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:有機太陽能電池  太陽能板  天然材料  奈米結構  超級電容器 

為了製造高效率的有機太陽能電池太陽能板,全球各地的太陽能研究人員正致力於尋找最佳的材料組合。然而,其中一支研究團隊卻要求僅限於在大自然中尋找材料——即所謂的「au nature」 (純天然),然後再利用這些天然材料製造出值得生產的碳基有機太陽能電池、先進的儲能元件,以及更快開發燃料電池。

富含豐富甲殼素的蝦子很可能就是關鍵之一。

倫敦大學瑪麗皇后學院以Magdalena Titirici教授為主導的研究小組專門研究蝦子或蝦子的甲殼素。「我們的研究團隊對於從可再生且低成本的天然前體中生產奈米結構的碳材料以實現可再生能源應用十分感興趣,」Magdalena Titirici表示,「我們目前正深入探索利用蝦殼作為多孔碳來源的想法。」

蝦子內含甲殼素,可以作為氮摻雜碳的來源以及可溶解的碳酸鈣,用於作為誘導孔隙的犧牲模板。Titirici說,「多孔且氮摻雜的碳材料目前用於作為儲能元件的電極,或燃料電池中的催化劑。然而,在這種特殊的情況下,我們只利用蝦的甲殼素來產生具有光學性能的氮摻雜碳奈米粒子。」

蝦殼中含有開發高效率有機太陽能電池所需的成份
可大量供應的普通蝦殼中含有開發高效率有機太陽能電池所需的成份。

Titirici以及在倫敦大學瑪麗皇后學院的其他研究人員們宣稱,他們不僅最先發現在蝦殼中含有有機太陽能電池前體,同時也發現存在於海洋中的其他甲殼類動物外殼中,顯示這種天然的前體能用極便宜的價格取得豐富大量的來源。在甲殼素與殼聚糖中的基本物質明顯比有機太陽能電池中常用的釕和鉑更便宜。遺憾的是,這些材料的效率非常低。然而,研究人員們仍對其寄予厚望,希望能提高其電量到足以為智慧手錶、智慧型手機、平板電腦甚至是覆蓋在建築物窗戶上的半透明膠膜供電。

「目前的轉換效率還不到1%,」共同參與研究的倫敦大學瑪麗皇后學院教授Joe Brisco表示,「從蝦殼衍生而來的物質可懸浮在液體中,在液體中放置奈米結構基板,可使這種物質黏附在基板表面上且能感光。利用奈米結構的基板是因為它具有非常高的表面積可吸收更多物質與光線。然後在其上噴灑另一種物質則可填滿空隙,在塗佈的電極上形成平坦的表面,使電極得以接觸到裝置。」

利用蝦殼成功開發出小型試驗太陽能電池
利用蝦殼成功開發出小型試驗太陽能電池,證明了利用天然存在的物質可製造出有機太陽能板的概念。

研究人員們最初使用熱液碳化方式,從甲殼動物的外殼製造碳量子點,形成太陽能電池的氧化鋅奈米柱塗層,但效率較低。不過,研究人員們表示,他們有一大堆可提高效率的辦法。

「下一步的工作重點在於增加光的吸收量,因為這是限制效率的主要原因,」Brisco表示,「我們正在嘗試一些不同的途徑來實現這一目標,包括利用不同的原料、不同的原料處置,以及增加奈米結構支架的表面積。」

研究人員並利用生物物質(如海藻)來製造有機超級電容器,期望能在未來擴展應用於消費電子產品、除顫器和汽車的再生煞車系統等。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Organic Solar Cells Au Naturel,by R. Colin Johnson)





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