創新太陽光收集系統 全色光捕獲天線李佩璇 (2024-07-03 16:41:44)

來自德國的研究團隊模擬了自營細菌與植物的光合作用模型，開發出了一種創新的光捕獲天線系統。該系統利用了有機染料的高吸收係數，可以吸收大量的全光譜可見光，並將能量集中在一個相對較薄的吸收層中。

編譯／高晟鈞

來自德國朱利葉斯·馬克西米利安大學（JMU）的研究團隊模擬了自營細菌與植物的光合作用模型，開發出了一種創新的光捕獲天線系統。該系統利用了有機染料的高吸收係數，可以吸收大量的全光譜可見光，並將能量集中在一個相對較薄的吸收層中。

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太陽能技術的瓶頸

為了盡可能有效地將陽光轉化為電能或其他形式的能源，建立高效率的光採集系統非常重要。理想情況下，吸收的光譜包含全色光，即含有全光譜的可見光。

其中一個存在於大自然的例子便是植物與自營細菌們。這些生物會捕捉全色光用於光合作用。然而，這種系統十分複雜，涉及了多種不同色素來傳輸吸收光的能量，並將其聚焦在中心點。

迄今為止，人類所開發的光捕獲系統有許多缺點。矽基無基半導體雖然可以吸收全色光，但吸收的能量相當為弱。為了吸收足夠的光能，需要微米級的厚矽層，使得太陽能電池相對龐大且笨重。另一方面，適用於太陽能電池的有機染料雖然相對較薄，厚度僅約100奈米，卻無法吸收較寬光的光譜範圍，因此效率並非特別高。

四種染料的巧妙排列

研究團隊所設計的創新光捕獲天線名為URPB，由四種不同的部花青（Merocyanine）染料組成。URPB的四個字母便分別代表了四種吸收不同光波長的染料：U代表紫外線（Ultraviolet），R代表紅色（Red），P代表紫色（Purple），B則代表藍色（Blue）。透過摺疊、緊密的特殊分子排列，該光捕獲天線可以實現超快速、有效率的能量傳輸。

研究團隊進一步透過名為「螢光驗證」的技術，測量該捕獲系統能以螢光形式發射多少能量。結果顯示，該系統可以將寬光譜範圍內38%的照射光能轉換為螢光。有趣的是，四種染料本身的轉化率不到1%，至多達到3%。因此，染料分子的正確組合和空間排列是影響吸收與轉化效率的關鍵。

資料來源:TechXplore

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