導(dǎo)讀：麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師MichaelStrano表示，他們從樹葉的光合作用和自我修復(fù)原理中得到了啟發(fā)，不再把研究的重點(diǎn)放在如何提高太陽能的耐用性上，決定開始嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)損壞部分可自我替換的系統(tǒng)。

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們近日借鑒樹葉光合作用發(fā)明了一種有著自我修護(hù)作用的太陽能電池。同時(shí)，這種電池可以將光像分子一樣緊緊聚齊在一起，產(chǎn)生雙倍于普通電池存儲(chǔ)的電量。

據(jù)悉，光合作用是通過將光能轉(zhuǎn)化為電能，繼而將電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能，最終將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學(xué)能的過程，這一過程也就為利用光合作用發(fā)電提供了基礎(chǔ)。由于光合作用能夠相對(duì)高效地將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，而且在轉(zhuǎn)化的過程中僅消耗水，對(duì)環(huán)境沒有絲毫的污染，所以在其它自然能源日益匱乏，環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，利用光合作用解決人類的能源需求問題已經(jīng)成為科學(xué)家研究的熱點(diǎn)問題。光合作用進(jìn)行的場(chǎng)所是葉綠體。高等植物葉綠體的直徑為4~10μm，厚度在1~2μm之間。在葉綠體中，有幾個(gè)到幾十個(gè)基粒，每個(gè)基粒都由囊狀的結(jié)構(gòu)垛疊而成，在囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上，有進(jìn)行光合作用的色素。光合作用包括兩個(gè)主要步驟：一是需要光參與的、在葉綠體的囊狀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的光反應(yīng);二是不需要光參與的、在有關(guān)酶的催化下在葉綠體基質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的暗反應(yīng)。光反應(yīng)又分為兩個(gè)步驟：原初反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化成電能，分解水并釋放氧氣;電子傳遞和光合磷酸化，將電能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能。暗反應(yīng)是以植物體內(nèi)的C5化合物(1，5-二磷酸核酮糖)和CO2為原料，利用光反應(yīng)產(chǎn)生的活躍的化學(xué)能，形成儲(chǔ)存能量的葡萄糖。雖然太陽光對(duì)樹葉的光合作用起著至關(guān)重要的作用，但強(qiáng)烈的紫外線也會(huì)利用粗糙的氧分子和其它破壞性分子來損壞樹葉，這時(shí)樹葉就需要不斷的建立新的光合作用反應(yīng)中心來換掉被破壞的分子。

太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用;與火電、核電相比，太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染;太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。

麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程師邁克爾?斯特拉諾(MichaelStrano)表示，他們從樹葉的光合作用和自我修復(fù)原理中得到了啟發(fā)，不再把研究的重點(diǎn)放在如何提高太陽能的耐用性上，決定開始嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)損壞部分可自我替換的系統(tǒng)。

據(jù)了解，科學(xué)家們利用一個(gè)紫色細(xì)菌的光合作用反應(yīng)中心來進(jìn)行試驗(yàn)，他們?cè)谶@個(gè)結(jié)構(gòu)中加入一些蛋白質(zhì)和脂肪，為了可以發(fā)電還創(chuàng)造性的加入了碳納米管。科學(xué)家們?yōu)榱酥蛔屝》肿油ㄟ^這些材料，他們還將這些材料都放入了一個(gè)裝滿水的透析袋中。同時(shí)，科學(xué)家還在這些材料中添加了一種表面活性劑，這些材料由于自身的化學(xué)特性會(huì)自發(fā)的集合成一團(tuán)，而且它們還會(huì)根據(jù)產(chǎn)生最大電流量的樣式自動(dòng)結(jié)合。卷繞在脂肪上的支架蛋白在光合作用反應(yīng)中心的幫助下會(huì)形成一些小圓盤，這些小圓盤會(huì)自動(dòng)沿著碳納米管排列，繼而從光合作用中心產(chǎn)生的電流會(huì)從這些小圓盤中的小孔中穿過。當(dāng)研究小組將這堆材料中的表面活性劑過濾時(shí)，他們捕捉到了由太陽光產(chǎn)生的一絲電流。這些復(fù)合材料雖然最終會(huì)失效，但它們同時(shí)也很容易就能夠“復(fù)活”。研究人員為了使混合材料工作的效率更高，持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)久，每周都會(huì)進(jìn)行四次替換工作-即將這些混合在一起的材料拆開，然后再在光合作用反應(yīng)中心中重新注入新的材料，這樣就可實(shí)現(xiàn)太陽能電池的自我修復(fù)工作。

研究人員表示，雖然這種太陽能電池還不能與現(xiàn)在廣泛使用的硅元素太陽能電池媲美，但硅元素太陽能電池需要經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展才能提高發(fā)電效率，而相同的投資如果投放在這項(xiàng)新式太陽能電池上，不僅在短時(shí)間內(nèi)會(huì)完成高效的發(fā)電，而且在弱光條件都可工作。科學(xué)家近一步表示，他們將來會(huì)嘗試從植物中提取材料來應(yīng)用到這個(gè)太陽能電池中，希望這個(gè)太陽能電池早日成為真正的綠色電池。

據(jù)納米復(fù)合材料的專家杰米?格倫林(JaimeGrunlan)表示，這個(gè)技術(shù)是將大自然的“工作原理”人工化，這個(gè)研究是科學(xué)界的一項(xiàng)開創(chuàng)性研究。