量子物理结合光合作用科学家研制成高效光电池

 行业新闻     |      2022-07-10 00:23

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本文摘要:加州大学河滨分校(UniversityofCaliforniaRiverside)的一名助理教授利用光合作用与物理学方法很大提升了太阳电池效率,这是一项根本性找到。这项成果最近早已公开发表在了《纳米快报》(NanoLetters)上。 内森伽柏(NathanGabor)的研究重点是实验凝聚态物理,并利用光来观测量子力学的基本规律。2010年的一天,伽柏忽然想起一个问题:植物为什么是绿色的?于是他对光合作用产生了兴趣,并且他迅速找到,没有人确实对该问题作出说明。

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加州大学河滨分校(UniversityofCaliforniaRiverside)的一名助理教授利用光合作用与物理学方法很大提升了太阳电池效率,这是一项根本性找到。这项成果最近早已公开发表在了《纳米快报》(NanoLetters)上。

  内森伽柏(NathanGabor)的研究重点是实验凝聚态物理,并利用光来观测量子力学的基本规律。2010年的一天,伽柏忽然想起一个问题:植物为什么是绿色的?于是他对光合作用产生了兴趣,并且他迅速找到,没有人确实对该问题作出说明。  为了解决问题这一问题,在过去6年里,伽柏带着他的物理学背景了解到生物学领域。  同时,他开始反省太阳能切换效率的问题:能否生产一种材料,可以更加高效地吸取太阳的波动能量?  植物毫无疑问是太阳能转化成高手。

据伽柏讲解,目前的太阳电池,性能最差的不过20%的转化成效率,它们在太阳能量再次发生变异时展现出很差。这样很多能量就浪费掉了,太阳电池无法作为主要能源的局限也在于此。  为此,伽柏和UCR一些物理学家设计了量子热机光电池来解决问题这一问题。

该设计使用热动力电池吸取来自太阳的光子,然后将光子的能量转化成为电能。这种光电池可以掌控电池内部的能量流。  目前用作屋顶和农场的传统光电技术必须用电压转换器和对系统控制器来诱导太阳能的波动,这很大容许了太阳能电池的整体转化成效率。

但令研究人员意想不到的是,量子热机光电池需要正反馈或者自适应控制机制就能掌控太阳能的切换。这很令人精彩。  内森伽柏所在的量子材料光电实验室。

他们用红外激光光谱技术来研究量子光电池的大自然调控机制。  UCR团队想要让光电池尽量给定平均值能量市场需求,并且通过诱导能量波动来防止太阳电池的能量校验,最后设计出有最简单的太阳电池。  研究人员对比了两种最简单的量子光电池:一种只吸取单色光,另一种吸取双色光。

结果找到,双光子地下通道可以使光电池自动调节能量流。  这是因为对于双光子地下通道的光电池,其中一个地下通道吸取较高功率的光波,而另一地下通道则吸取较低功率的光波。光电池通过在高功率与较低功率间切换来平稳输入太阳能。  伽柏团队用这些非常简单模型测量地表太阳能光谱时,找到绿光在单位波长太阳能序中的功率最低。

绿光毋于能量东流的调节,应该被过滤器掉。为了增加太阳能的波动,他们系统地优化了太阳电池的参数,并且找到太阳电池的吸收光谱与绿色植物的吸收光谱完全完全相同。  研究人员指出,量子热机光电池的能量自发性调控机制也许就是植物光合作用的关键,它也有可能对植物在地球的存活优势作出说明。

  校验能量在植物细胞内累积可以杀掉植物。最近有研究人员找到,叶绿素A和叶绿素B等分子机构有可能是植物防止能量校验的关键。

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UCR研究人员找到量子热机光电池的分子结构与光合作用植物的两种叶绿素结构很类似于。  伽柏和团队明确提出的假说第一次将量子结构和绿色植物联系一起,并且为检验自发性调控的研究人员获取了具体的测试方案。某种程度最重要的是,由于光电池的量子结构,他们的设计需要正反馈。


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