功能强大的人造树叶

功能强大的人造树叶

人类利用和使用太阳能的历史很悠久，早在两周时代，我们的祖先就曾用“阳燧”这种简单的器具向太阳“取火”，开辟了人类利用太阳能的新纪元。国外古代传说中就有阿基米德借助镜子聚焦，烧毁了敌人的战船，从而保卫了国家和人民。近代太阳能利用历史，可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。对于太阳能的利用，最具潜力的是各种太阳能电池开发和使用。太阳能电池实际上就是一种把光能变成电能的能量转换器，这种电池是利用“光生伏打效应”原理制成的。光生伏打效应是指当物体受到光照射时，物体内部就会产生电流或电动势的现象。

1941年，国外出现有关硅太阳电池的报道，1945年，美国贝尔电话实验室制造出了世界上第一块实用的硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的新时代。1958年，太阳电池应用于卫星航天领域。随后，人们先后研制了单晶硅电池、多品硅电池、非晶硅电池、砷化镓双结电池等，能量转化效率最高可以达到28%。但是，这种电池制造工艺复杂，成本很高，大约是传统电池成本的10倍。

1991年，瑞士洛桑工学院的葛瑞特发明了一种成本非常低廉的太阳能电池。这种太阳能电池使用了很廉价的、性能很好的纳米二氧化钛为电池的负极，然后，在纳米二氧化钛上吸附一层对太阳光敏感的有机染料，用透明导电玻璃作为正极，两个电极之间充入电解质。这种电池由于使用了有机染料，所以也叫染料敏化太阳能电池。它制作的原材料简单易得，工艺又不复杂，而转化太阳能的效率却相当高，功能如同于一片树叶，所以被形象地称为“人造树叶”。

和树叶相比较，染料敏化太阳能电池中所使用的有机染料，就如同树叶中的叶绿素，在太阳光的照射下，会产生光生电子，纳米氧化钛电极就像集结电子的收集器，当有外电路接通时，收集器中的电了就会通过外电路，跑到另外一极，形成电流。当外电路没有接通时，电子就聚集在纳米氧化钛上储存起来，形成电压。这种电池只要在光照下，就会源源不断地产生电子，将光能直接转化为电能，不会排放任何废物，就如同树叶一样，实现了真正的“零排放”。它又比树叶具有更多的优点，比如，它可以随时使用，使用的时候，只要用导线一连接，就会有电流，不用的时候，电子会自动储存在氧化钛电极中；由于氧化钛具有较好的可见光透过率，所以，这种人造树叶儿乎是透明的。

和其他类型的太阳能电池相比较，这种染料敏化太阳能电池能量转换效率虽然不是最高的，但是，它以其简单的制备工艺、低廉的成本，达到了很高的性价比，成为纳米材料发展中非常激动人心的事件。另外，这种染料敏化太阳能电池的每一个部分都可以独立优化，采用导电薄膜为基板，这种太阳能电池可以薄如蝉翼，而且可以随意弯曲；采用氧化钛纳米管阵列以及寻找效率更高的有机染料，可以使光电转化效率进一步地提高。

目前，实验室的结果显示，这种神奇的人造树叶已经能够满足实用化的要求。日本已经开始生产出部分的商品，我国中科院等离子物理研究所也于2004年建立了500瓦规模的小型发电站。当然，这种电池的关键技术仍需进一步突破，并实现产业化，它的应用前景十分巨大而且诱人。

例如，这种透明的“树叶”如果做成大面积，有可能代替玻璃，只要受到光照，就可以为室内小型器件提供动力；它更有可能成为为室外广告牌提供电力的主角，当有光照时，这些广告牌受到驱动，会产生美丽的七彩图案，这样就可以减少因电力消耗而产生的热辐射，创造最佳的人居环境。在光照充足的地方，这种太阳能电池有更大的用武之地，例如，在高原沙漠地带，这种太阳能电池可以为小型汽车提供动力，届时只要在车顶上架一个装有太阳能电池的大篷，在阳光照射下，太阳能电池就能供给汽车电能。人们可以做长途旅行，不用担心汽车缺少燃油，也免除了旅行日’额外的辎重。电视差转机一般都建在高山上，架设高压输电线路供电很困难，投资很高，所以最适合使用太阳能电池供电，电视差转机使用太阳能电池作电源，既快捷，又投资节省，而且维护、使用方便，可以做到无人管理。

这种可弯曲并且透明的电池不但收放自如，而且可以层叠起来，提高太阳光的利用率。在航天方面，将是宇宙飞船或者卫星的动力的新宠，相信经过我们坚持不懈的努力，在不久的将来，这种神奇的“树叶”必定会让我们的生活更加美好。