基于有机太阳能电池的温室提高作物存活率，助力于粮业发展

全球气候变化导致了强降雨、更长干旱期和极端高温，威胁着农民生计和世界粮食供应。在农业领域，利用温室调节环境并提高作物产量是一个新颖的方向。

图1 加州大学洛杉矶分校(UCLA)团队发明了一个微型温室，其屋顶由半透明的太阳能电池构成，更有利于作物生长。[1]

近日，美国研究团队设计了一种智能温室，其屋顶由半透明有机太阳能电池组成（如图1）。电池中层添加了L-谷胱甘肽衬底，提高了太阳能电池寿命和能量转换效率，并且能够阻断紫外线，从而促进农作物生长。

可持续、可容错的农场

农业是对气候最敏感的产业之一，农民和农业社区极易收到降水和气温变化的影响。而气候变化导致农业生产力下降，进一步影响粮食价格，加重粮食和经济危机。

基于加州能源委员会的支持，加州大学洛杉矶分校Yang Yang团队致力于开发新技术，帮助农业生产在气候变化时更具可持续性和适应性。因此，他们深入研究了新兴的农业生产领域，即太阳能发电的农业地使用。

Yang说：“太阳能电池的难题之一是土地使用面积较大。一般来说，农业和能源业互相争夺有限的土地。”

“盖新房”

半透明有机光伏具有重量轻、成本低、灵活等优点。然而，这些设备寿命较短，使用时不稳定，阻碍其在屋顶和窗户上的广泛应用。在阳光照射下，氧化锌电子传输层产生的自由基讲解光活性层中的有机分子。

为解决以上问题，该团队在还原型L-谷胱甘肽的基础上增加了还原型中间层，防止电子传输层和光活性层之间的直接接触，使得有机电池的能量转换效率达到13.5%，平均可见透过率为21.5%。在连续使用1008个小时后，该电池的效率稳定在84.8%，稳定性显著提高。对比没有中间层的电池，其效率不到20%。

该团队建造了装有半透明有机太阳能电池屋顶的微型温室，以测试它们对常见农作物（如绿豆、小麦、西兰花）的影响。在芽长和存活率方面与装有玻璃或无极太阳能电池屋顶的温室对比，种子在基于有机电池的温室中发育一样好、甚至更好。

低热量、低水量

Yang推测，L-谷胱甘肽层可能阻挡了抑制植物生长的紫外线，以及导致温室过热的红外线，从而帮助植物生长。此外，他指出，第二个优势使作物生长需要的水分更少。

Yang补充道：“我们将生产更大尺寸的太阳能电池板，并希望与温室企业合作，以推进产品的实际应用范围。我们希望与工业伙伴合作，将这项技术商业化。”

以上研究成果已发表在期刊《Nature sustainability》上。

[1] Zhao, Y., Li, Z., Deger, C. et al. Achieving sustainability of greenhouses by integrating stable semi-transparent organic photovoltaics. Nat Sustain (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-023-01071-2

新闻链接：
https://www.optica-opn.org/home/newsroom/2023/march/organic_solar_cells_to_power_smart_greenhouses/