清潔能源新進展：可以通過植物的光合作用，提高光伏電池的能源轉換率

光伏電池是未來清潔能源的一個選擇，但是能源轉換率低下是一直困擾我們的問題，那麼我們如何去解決呢？加州大學河濱分校的研究團隊發現植物的光合作用中的奧秘也許是解決這個問題的關鍵所在。

加州大學河濱分校的助理教授將光合作用和物理學進行結合，得出的結果證明，可以使太陽能電池效率更高。研究結果最近發表在「Nano Letter」雜誌上。

Nathan Gabor 曾專註於研究凝聚態物理學，很快就對光合作用產生了濃厚的興趣。在過去的六年里，他開始重新思考太陽能的轉換問題：我們能不能把太陽能電池的材料換成可以更有效吸收太陽輻射的材料呢？Gabor說：「植物們通過不斷進化已經可以達到這個目標，但是目前可用的太陽能電池最高只有20%的轉換效率，而且不能控制太陽能的突然變化。」這極大地浪費了太陽的能量而且妨礙了太陽能電池作為能源的普及。

Gabor 和其他教授設計了一款新型的「量子熱發電光伏電池」，解決了能量轉換的問題，這款光電池可以控制太陽能電池中的能量流動。這個設計結合了熱發電機和光伏電池，可以吸收太陽輻射的光子，並將其轉換為電能。

令人驚訝的是，研究人員發現這款電池可以在不需要主動反饋或自適應控制機制的情況下對太陽能進行調節轉換，目前用於屋頂和太陽能農場的常規光伏技術當中，太陽能功率的變動必須要依靠變壓器和反饋控制器進行控制，但是這大大降低了太陽能發電的整體效率。

研究團隊的目標是設計一款最簡單的光伏電池，可以將太陽輻射中的能量與平均功率要求進行匹配，並可以對能量波動進行控制，以避免多餘能量累積。

研究人員對比了兩款最簡單的量子力學光伏電池系統：其中光伏電池僅僅吸收單一顏色的光，而另外一種電池吸收兩種顏色的光。他們發現，通過簡單地將光子吸收通道變為兩個，光伏電池就自然而然的可以對能量流進行調節了。

基本工作原理是一個通道吸收平均功率高的波長，另一個吸收平均功率低的波長。這樣，光伏電池就可以在高功率和低功率之間進行切換，從而將不同功率的太陽能轉換為穩定的能量輸出。

當Gabor和他的團隊將這些簡單的模型應用在測量地球表面的太陽光譜的時候，他們發現，綠色光的吸收率，即最能吸收每單位波長的部分對調整能量沒有作用，因此應該被排除出去。他們從系統上對光電池參數進行優化，從而減少太陽能的波動，而且他們發現，吸收的光譜與綠色植物光合作用中觀察到的光譜幾乎一樣。

研究人員表明，量子熱發電光伏電池對能量的調節能力可能是解開植物光合作用的關鍵，同時這也可以解釋綠色植物在地球上的優勢。

其他研究人員最近發現植物中包括葉綠素A、葉綠素B在內的幾種分子結構，對於防止植物體內能量過多積累起著至關重要的作用，如果沒有這些分子的存在，過多的能量積累可能會殺死它們。河濱分校的研究人員發現，他們研究的光伏電池的分子結構與光合作用中葉綠素的分子結構十分類似。

Gabor 團隊提出的假設首先將量子力學和綠色植物結合了起來，同時為檢驗自然調節的研究人員提供了一套明確的研究方案。更重要的是，他們的設計允許對無能量輸入進行檢測，這個程序使得光伏電池的量子結構從製造角度來講變為可能。

翻譯來自：蟲洞翻翻 譯者ID：南驤