隨著世界各國(guó)尋求可持續(xù)能源，以及美國(guó)努力在2050年之前成為凈零排放經(jīng)濟(jì)體，太陽(yáng)能電池板等可再生能源的需求量很大。

然而，太陽(yáng)能電池板會(huì)占用大量空間，并且通常難以擴(kuò)展。進(jìn)入農(nóng)業(yè)光伏的新領(lǐng)域，該領(lǐng)域側(cè)重于同時(shí)使用太陽(yáng)能發(fā)電和農(nóng)業(yè)的土地。例如，用太陽(yáng)能電池板代替溫室中的玻璃可以為溫室甚至整個(gè)農(nóng)場(chǎng)的燈具和水控制供電。但是，如何建造能夠從陽(yáng)光中吸收能量而不會(huì)阻擋植物所需光線的太陽(yáng)能電池板呢?

加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆利工程學(xué)院的材料科學(xué)家楊揚(yáng)和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)裝置。在今天發(fā)表在《自然可持續(xù)性》上的一項(xiàng)研究中，他們探索了一種新的、可行的太陽(yáng)能電池應(yīng)用，不需要大片土地。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種增強(qiáng)半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池的策略。這些細(xì)胞依賴(lài)于碳基材料，而不是傳統(tǒng)設(shè)備中的無(wú)機(jī)物質(zhì)。研究人員加入了一層名為L(zhǎng)-谷胱甘肽的天然化學(xué)物質(zhì)，該化學(xué)物質(zhì)在柜臺(tái)上作為抗氧化劑膳食補(bǔ)充劑出售，并發(fā)現(xiàn)這種添加延長(zhǎng)了太陽(yáng)能電池的壽命，提高了其效率，并且仍然允許足夠的陽(yáng)光到達(dá)溫室原型中的植物大約一個(gè)小玩具屋的大小。

“有機(jī)材料因其光吸收選擇性而特別適合農(nóng)業(yè)光伏，”楊說(shuō)，他還擁有生物工程方面的教職，并持有加州大學(xué)洛杉磯分校的Carol和Lawrence E. Tannas Jr.工程學(xué)。“到目前為止，阻止它們廣泛使用的主要缺點(diǎn)是它們?nèi)狈Ψ€(wěn)定性。

有機(jī)太陽(yáng)能電池往往比無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池降解得更快，因?yàn)殛?yáng)光會(huì)導(dǎo)致有機(jī)材料氧化，從而失去電子。研究人員發(fā)現(xiàn)，L-谷胱甘肽的額外層阻止了太陽(yáng)能電池中的其他材料氧化，這導(dǎo)致有機(jī)電池在連續(xù)使用80小時(shí)后保持超過(guò)1%的效率 - 而不是不到000%沒(méi)有添加層。

研究小組還在兩個(gè)單獨(dú)的演示中跟蹤了常見(jiàn)作物的生長(zhǎng)情況，包括小麥，綠豆和西蘭花。一個(gè)有一個(gè)透明的玻璃屋頂，上面有無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池片，另一個(gè)有一個(gè)完全由半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池制成的屋頂。帶有有機(jī)太陽(yáng)能屋頂?shù)臏厥抑械淖魑锉绕胀厥抑械淖魑锷L(zhǎng)得更多?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這是因?yàn)長(zhǎng)-谷胱甘肽層阻擋了紫外線，紫外線可以抑制植物生長(zhǎng)，紅外線會(huì)導(dǎo)致溫室過(guò)熱，植物內(nèi)部需要更多的水。

“我們沒(méi)想到有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能會(huì)超過(guò)傳統(tǒng)的玻璃屋頂溫室，”該研究的主要作者，加州大學(xué)洛杉磯分校楊實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者Yepin Zhao說(shuō)。“但是我們多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究和分析，我們發(fā)現(xiàn)植物不需要我們最初想象的那么多的陽(yáng)光來(lái)生長(zhǎng)。事實(shí)上，過(guò)多的陽(yáng)光照射弊大于利，尤其是在加利福尼亞這樣的氣候中，那里的陽(yáng)光更充足。

在這些發(fā)現(xiàn)之后，該團(tuán)隊(duì)在加州大學(xué)洛杉磯分校成立了一家初創(chuàng)公司，旨在擴(kuò)大工業(yè)用有機(jī)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)。研究人員表示，他們希望在未來(lái)制造包含有機(jī)太陽(yáng)能電池的環(huán)保溫室。