新型細菌太陽能電池：低成本、可持續！

背景

太陽能，是一種極具開發與利用價值的新能源。它具有清潔、環保、可再生、易獲取、低成本等優勢，已經得到了非常廣泛的開發與利用。其中，太陽能電池是一種非常典型的利用太陽能的方式，它可以直接將太陽能轉化為電能存儲起來。

（圖片來源：維基百科）

有效地利用太陽能，往往需要陽光普照的晴朗氣象，可是世界上某些地區卻經常出現陰雨氣象，例如：加拿大不列顛哥倫比亞省和北歐。陰雲遮擋了陽光，使得無線變暗，從而影響到了太陽能電池的效率。

創新

然而，近日加拿大不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia）的研究人員開發出一種既便宜又可持續的方案，讓太陽能電池在昏暗光線下有著與明亮光線下一樣的工作效率。這種太陽能電池採用細菌將光線轉化為能量，生成的電流比之前的同類太陽能電池所記錄的更強。

（圖片來源：Flickr/LillyAndersen）

技術

這種太陽能電池也稱為“源於生物的”（biogenic）太陽能電池，因為它們由活的生物體構成。這並不是筆者頭一次介紹這種源於生物的太陽能電池，讓我們先來回顧一下之前介紹過的兩個案例：

1）美國賓漢姆頓大學和紐約州立大學的研究人員設計出一種微型生物太陽能電池，它比現有的同類電池具有更高的功率密度，工作時間更長。

（圖片來源：Seokheun Choi）

2）英國帝國理工學院、劍橋大學、中央聖馬丁藝術與設計學院的科研人員將活的藍藻細菌與電路印刷到紙上，開發出一種太陽能生物電池與太陽能面板二合一的產品。

（圖片來源：倫敦帝國理工學院）

通過這兩個案例的介紹，對源於生物的太陽能電池，大家應該就不會太陌生了。下面，我們來看構造這種源於生物的太陽能電池的過程中所面臨的一些問題：

之前，此類電池研究工作大多數集中在提取細菌光合作用所用的天然染料。但這是一個昂貴且複雜的過程，包含有毒溶劑，並可能引起染料降解。

為了解決以上問題，UBC 研究人員的方案是將染料留在細菌中。他們通過基因工程改造了大腸杆菌，生成了大量的番茄紅素。番茄紅素是一種賦予番茄紅色的染料，對於吸收光線並轉化為能量來說特別有效。研究人員為細菌塗上了一種可以充當半導體的礦物質，並將這種混合物塗在玻璃表面。

他們採用塗膜玻璃作為電池一端的陽極，生成的電流密度達0.689 毫安/平方厘米，對於該領域其他研究人員實現的0.362 毫安/平方厘米來說是一種改善。

價值

不列顛哥倫比亞大學化學與生物工程系教授、這個項目的領頭人 Vikramaditya Yadav 表示：“我們記錄了源自生物的太陽能電池的最高電流密度。我們正在開發的這些混合材料可通過經濟且可持續的方法制造，並且通過充分優化，能夠與傳統太陽能電池的效率相媲美。”

節約的成本難以估算，但 Yadav 相信，這一工藝會減少染料生產成本達其他方法所用的10%。Yadav 表示，最終的夢想是找到一項不會殺死細菌的工藝，這樣他們就可以不定期地製造染料。

這項創新朝著在陰天很普遍的地方更經濟、更高效地利用太陽能的目標邁出了重要一步，同時也為發展綠色、廉價、易於製造的生物光電材料和下一代有機光電設備奠定了堅實的基礎。

Yadav 補充道，這種源於生物的材料還有其他一些潛在的應用，例如：采礦、深海勘探以及其他低光環境中的應用。

關鍵字

太陽能、電池、細菌

參考資料

【1】https://news.ubc.ca/2018/07/05/bacteria-powered-solar-cell-converts-light-to-energy-even-under-overcast-skies/

【2】Sarvesh Kumar Srivastava, Przemyslaw Piwek, Sonal R. Ayakar, Arman Bonakdarpour, David P. Wilkinson, Vikramaditya G. Yadav.A Biogenic Photovoltaic Material. Small, 2018; 14 (26): 1800729 DOI: 10.1002/smll.201800729