新材料真的可以延長(zhǎng)太陽(yáng)能電池板的壽命嗎

新華社電（記者樂紹延）日本日清紡織公司日前宣布，他們開發(fā)出一種新型薄膜，可使太陽(yáng)能電池板在實(shí)驗(yàn)中的保質(zhì)期提高約50％，從而延長(zhǎng)太陽(yáng)能電池板的使用壽命。

研究人員利用一種特殊的橡膠，開發(fā)出一種密封性很強(qiáng)的太陽(yáng)能電池板保護(hù)膜。使用這種保護(hù)膜的太陽(yáng)能電池板，即使在高溫和濕度很大的環(huán)境中也不易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量退化。

在85攝氏度、濕度達(dá)85％的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，研究人員對(duì)這種帶有新型保護(hù)膜的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行了3800小時(shí)的高電壓破壞性測(cè)試，結(jié)果顯示它并未出現(xiàn)質(zhì)量退化。

日清紡織公司說，在上述環(huán)境中，優(yōu)質(zhì)的常規(guī)太陽(yáng)能電池板能經(jīng)受2500小時(shí)的破壞性實(shí)驗(yàn)仍不退化，其實(shí)際使用期可達(dá)20年。大自然總會(huì)帶給人類無限的啟示。許多造福人類的發(fā)明也是從自然中得到的靈感，如世界上第一批防毒面具誕生的靈感來源于野豬的鼻子；火箭升空利用的是水母、墨魚反沖原理；變色龍幫助我們研制出了不少特種偽裝裝備；毒蛇的熱眼功能研究開發(fā)出了微型熱傳感器等等。這樣例子數(shù)不勝數(shù)。近日，美國(guó)的研究人員稱，樹葉經(jīng)過數(shù)千萬年進(jìn)化而獲得的防止陽(yáng)光灼傷的自我修復(fù)功能或許能幫助他們研發(fā)出具有可再生功能的太陽(yáng)能電池，讓電池的使用壽命無止境地延續(xù)下去。

殘忍的陽(yáng)光

九月五日出版的《自然化學(xué)》雜志著重介紹了美國(guó)麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師斯特拉諾等人的這項(xiàng)研究，并稱這一項(xiàng)研究為生產(chǎn)廉價(jià)、具備自我修復(fù)功能、使用期限可以無限延長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池打下了基礎(chǔ)。此后的幾天時(shí)間里，包括英國(guó)廣播公司、美國(guó)《發(fā)現(xiàn)》雜志網(wǎng)站、美國(guó)《大眾科學(xué)》網(wǎng)站、美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志網(wǎng)站等主流媒體都對(duì)這一研究進(jìn)行了報(bào)道，預(yù)示著這項(xiàng)技術(shù)或?qū)硖?yáng)能電池領(lǐng)域的大變革。

眾所周知，陽(yáng)光是地球上生命的源泉，但它的破壞性卻不能被忽略。人類為何會(huì)變老？放在太陽(yáng)下的紙片、塑料等為何會(huì)輕易報(bào)廢？美國(guó)麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師斯特拉諾解釋說，這一切都是因?yàn)殛?yáng)光中的紫外線在與氧氣混合后，會(huì)有很大的破壞力。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的照射，再堅(jiān)固的物體都會(huì)慢慢瓦解。即使是專門吸收陽(yáng)光的植物葉片在陽(yáng)光下曝曬過久后，也會(huì)漸漸失去功效，更何況太陽(yáng)能電池等其他的物體。斯特拉諾說。因此即使關(guān)于吸收陽(yáng)光的樹葉來說，陽(yáng)光也是殘忍的。當(dāng)植物全力地進(jìn)行光合用途時(shí)，假如不采取防護(hù)措施，樹葉也會(huì)被氧氣、紫外線等破壞性分子毀壞。

美國(guó)《大眾科學(xué)》網(wǎng)站介紹，樹上的樹葉與太陽(yáng)能板上的光伏電池相同，看上去都是在靜止不動(dòng)的情況下吸收陽(yáng)光。然而，樹葉其實(shí)有一個(gè)非常精彩的內(nèi)心世界。由于陽(yáng)光直射的破壞力實(shí)在太大，葉片內(nèi)部的蛋白質(zhì)每隔大約45分鐘就必須循環(huán)一次，形成新的光合反應(yīng)中心，替代已被日光烘烤近1小時(shí)的老光合反應(yīng)中心，防止陽(yáng)光帶來的傷害。這是經(jīng)過千萬年的進(jìn)化后大自然賦予樹葉的生存技能。這種快速的自我修復(fù)程序也讓植物可以在充分享受陽(yáng)光的同時(shí)不至于飛蛾撲火。

樹葉的這種自我修復(fù)功能激發(fā)了斯特拉諾，以及來自伊利諾伊州立大學(xué)的斯里格爾、懷特等人的靈感，想到模擬樹葉的這一技能，可以讓一直被陽(yáng)光烘烤的太陽(yáng)能電池自行修復(fù)。目前人們對(duì)太陽(yáng)能電池的研究大都局限在如何提高轉(zhuǎn)化效率、如何延長(zhǎng)使用壽命上，但卻很少有人想到開發(fā)電池的再生功能，讓其無止境地工作下去。該研究如此的獨(dú)特性引起了其他業(yè)界同行的巨大興趣。美國(guó)德克薩斯A&M大學(xué)納米復(fù)合材料教授格倫蘭將該技術(shù)稱為人造的翻版自然技能，同時(shí)認(rèn)為它是開拓性的、對(duì)以后發(fā)展有巨大影響的研究，因?yàn)橐郧斑€從未有過類似的研究。英國(guó)布里斯托大學(xué)的生物化學(xué)家約翰認(rèn)為，這項(xiàng)研究雖然非常簡(jiǎn)單，但卻十分實(shí)用。

自我修復(fù)太陽(yáng)能電池

在了解到樹葉內(nèi)光合用途中心的循環(huán)特點(diǎn)后，斯德拉諾及其研究團(tuán)隊(duì)就決定，與其制造使用壽命超長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池，還不如向自然學(xué)習(xí)，走太陽(yáng)能電池自我修復(fù)之路。試驗(yàn)開始階段，研究人員使用的是一種紫細(xì)菌中采集陽(yáng)光的光合反應(yīng)中心。隨后，他們將反應(yīng)中心里加入了一些感光蛋白質(zhì)、脂類，用于形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；以及碳納米管，用做導(dǎo)線傳導(dǎo)出現(xiàn)的電力。這些工作完成后，所有零部件都將放入一個(gè)裝滿水（水中含有膽酸鈉，一種讓所有部件凝聚的表面活性劑）的透析袋中。透析袋里的隔膜只允許小分子通過。

隨后的發(fā)現(xiàn)讓研究人員很驚喜，因?yàn)樵趯⒈砻婊钚詣┻^濾之后，所有的零部件會(huì)自動(dòng)組裝成一個(gè)整體，捕捉光線的同時(shí)能出現(xiàn)電流。工作人員解釋，這一自然組裝之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是由這些部件的化學(xué)性質(zhì)決定的，因?yàn)榻M裝完成后，他們彼此之間恰巧都處于相對(duì)適合的位置。用于支撐結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)包圍脂類，形成一個(gè)小圓盤，而光合反應(yīng)中心則在圓盤之上。小圓盤會(huì)順著有小氣孔的碳納米管排列，小氣孔的用途是讓光合反應(yīng)中心出現(xiàn)的電子順利通過。假如將膽酸鈉重新加入這一裝置，裝置就會(huì)自動(dòng)分解；過濾膽酸鈉后又有新的裝置形成，如此循環(huán)。