今天大多数住宅屋顶太阳能电池板中的材料可以一次只存储几秒微秒的太阳能。加州大学洛杉矶分校化学家开发的一项新技术能够存储太阳能长达数周 - 这一进步可能会改变科学家对太阳能电池设计的看法。

研究结果发表在6月19日的“ 科学 ”杂志上。

新设计的灵感来自植物通过光合作用产生能量的方式。

(资料图片)

加州大学洛杉矶分校化学教授，该研究的高级作者之一萨拉托尔伯特说，生物学在从阳光中创造能量方面做得非常好。“植物通过光合作用以极高的效率实现这一目标。”

托尔伯特说，在光合作用中，暴露在阳光下的植物在其细胞内使用精心组织的纳米级结构来快速分离电荷 - 将电子从留下的带正电荷的分子中拉出，并保持正电荷和负电荷分离。“这种分离是使这一过程如此高效的关键。”

为了从太阳光中捕获能量，传统的屋顶太阳能电池使用相当昂贵的硅材料。目前大力推广使用塑料而不是硅制造低成本太阳能电池，但今天的塑料太阳能电池效率相对较低，这在很大程度上是因为分离的正负电荷通常在它们成为电能之前重新组合。

“现代塑料太阳能电池没有像植物那样定义明确的结构，因为我们以前从未知道如何制造它们，”托尔伯特说。但是，这个新系统将收费分开，并将它们分开数天甚至数周。一旦你建立了正确的结构，你就可以大大提高能量的保留。

使UCLA开发的系统工作的两个组件是聚合物供体和纳米级富勒烯受体。聚合物供体吸收太阳光并将电子传递给富勒烯受体; 该过程产生电能。

塑料材料被称为有机光伏电池，通常被组织成一盘煮熟的面 - 一种杂乱无章的长而瘦的聚合物"面条"和随机富勒烯"肉丸"。但是这种布置使得难以从电池中获得电流，因为电子有时会跳回到聚合物面并且丢失。

加州大学洛杉矶分校的技术更加整齐地排列元素 - 就像小块未煮过的面条和精确放置的肉丸。一些富勒烯肉丸被设计成坐在面条束内，但其他人被迫留在外面。结构内部的富勒烯从聚合物中吸收电子并将它们抛到外部富勒烯，这可以有效地使电子远离聚合物数周。

加州大学洛杉矶分校化学教授兼另一位高级合着者本杰明施瓦茨说，当收费再也没有回归时，系统运作得更好。“这是第一次使用现代合成有机光伏材料展示它。”

在新系统中，材料只是靠近放置而自组装。

“我们非常努力地设计一些东西，所以我们不必非常努力，”托尔伯特说。

新设计比现有技术更环保，因为这些材料可以在水中组装，而不是现在广泛使用的更有毒的有机溶液。

施瓦茨说，一旦你制作了这些材料，就可以将它们倒入水中，由于材料的设计方式，它们会组装成合适的结构。“所以没有额外的工作。”

研究人员已经在研究如何将该技术融入实际的太阳能电池中。

加州大学洛杉矶分校化学教授和该研究的另一位高级合着者Yves Rubin带领团队创造了独特设计的分子。“我们还没有在真实设备中使用这些材料; 他说，这一切都在解决之中。“当我们把它们放在一起并闭路时，那么我们真的会在某个地方。”

然而，就目前而言，加州大学洛杉矶分校的研究证明，廉价的光伏材料可以通过一种极大地提高其保持太阳能的能力的方式进行组织。

Tolbert和Schwartz也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员。该研究的其他联合主要作者是加州大学洛杉矶分校的研究生Rachel Huber和Amy Ferreira。加州大学洛杉矶分校的NanoMachines电子成像中心在由Hong Zhou领导的实验室中对组装结构进行了成像。