随着世界各国都在寻找可持续能源，而美国希望到2050年成为净零排放的经济体，太阳能电池板等可再生能源的需求非常大。
加州大学洛杉矶分校的材料科学家发明了一个微型温室的原型，它的屋顶是由半透明的太阳能电池建造的，比传统温室的植物生长得更好。图片来源:加州大学洛杉矶分校杨阳实验室
另一方面，太阳能电池板会占用大量空间，而且通常很难规模化。进入新的农业光伏领域，它专注于同时利用土地进行太阳能发电和农业生产。例如，用太阳能电池板代替温室里的玻璃，可以为温室的灯和水控制系统供电，甚至为整个农场供电。
但是如何才能建造出既能吸收太阳能又不阻碍植物所需光线的太阳能电池板呢?
杨洋，材料科学家加州大学洛杉矶分校的塞缪尔利工程学院他的同事们创造了一种满足这些要求的工具。他们研究了一种新的、可行的太阳能电池应用，这种应用不需要大片土地自然的可持续性．
该小组已经设计出一种改进半透明有机太阳能电池的方法。与传统设备中的无机物相反，碳基材料被用于这些电池中。研究人员添加了一层天然存在的化学物质，称为l -谷胱甘肽，它是一种非处方的抗氧化膳食补充剂。他们发现，这种添加物延长了太阳能电池的使用寿命，提高了效率，并且仍然能够使足够的阳光照射到一个小玩具屋大小的温室原型中的植物。
有机材料因其光吸收选择性而特别适用于农业发电。迄今为止，阻碍它们广泛使用的主要缺点是它们缺乏稳定性．
杨洋，加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院材料科学家
杨还在生物工程方面担任教职，并担任加州大学洛杉矶分校的卡罗尔和劳伦斯·坦纳斯小工程教授。
有机太阳能电池比无机太阳能电池退化得更快，因为阳光最终会导致有机材料氧化，从而失去电子。科学家们发现，额外的l -谷胱甘肽层可以防止太阳能电池中的其他材料氧化，导致有机电池在连续使用1000小时后效率超过80%，相比之下，如果没有添加这一层，效率只有不到20%。
在两次单独的演示中，研究人员还监测了小麦、绿豆和西兰花等常见作物的生长情况。其中一个屋顶是透明的玻璃屋顶，装有无机太阳能电池片段，而另一个屋顶完全由半透明有机太阳能电池制成。
有机太阳能屋顶温室中的作物比普通温室中的作物生长得更快。研究人员认为，这是因为l -谷胱甘肽层阻挡了紫外线和红外线，前者会阻碍植物生长，后者会使温室过热，导致里面的植物需要更多的水。
我们没想到有机太阳能电池的性能会超过传统的玻璃屋顶温室。但我们重复了多次实验，得到了相同的结果，经过进一步的研究和分析，我们发现植物生长所需的阳光并不像我们最初想象的那么多。事实上，过多的阳光暴晒弊大于利，尤其是在阳光充足的加州这样的气候条件下．
赵叶平，研究第一作者，加州大学洛杉矶分校博士后
赵业平，杨振宁实验室博士后。
根据这些观察，该小组在加州大学洛杉矶分校成立了一家初创公司，目标是扩大工业用有机太阳能电池的生产。研究人员表示，他们希望在未来将包含有机太阳能电池的环境友好型温室商业化。
这项研究涉及了加州大学洛杉矶分校萨穆利分校材料科学与工程系的研究人员:李宗奇、董孟、杨文鑫、王鑫尧、邢启宇、常斌、周一凡、伊丽莎白·张、郑然、魏坤华和伊丽莎白·g·斯科特，后者也隶属于哥伦比亚大学。
加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授Ken Houk;土耳其马尔马拉大学的Ilhan Yavuz;隶属于加州大学洛杉矶分校和马尔马拉大学的Caner Deger;北岭加州州立大学的Miroslav Peric;来自中国大连理工大学的王敏焕、尹彦峰、卞继明和石彦涛也参与了这项研究。
这项研究由加州能源委员会资助，并得到了土耳其国家高性能计算中心的额外支持。个人作者还获得了中国国家自然科学基金、中国博士后科学基金和美国国家科学基金会的资助。
期刊引用:
赵,Y。,等．(2023)通过集成稳定的半透明有机光伏实现温室的可持续性。自然的可持续性．doi.org/10.1038/s41893 - 023 - 01071 - 2．
来源:https://samueli.ucla.edu