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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

2023-03-13 15:02:08浏览:295来源:中国激光网   

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/

(责任编辑:CHINALASER)
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