現(xiàn)代太陽能電池可利用光能出現(xiàn)電子和電洞，然后由半導(dǎo)體材料傳輸?shù)酵獠侩娐罚┤藗兪褂谩５苌儆腥岁P(guān)注另一種由光能驅(qū)動的發(fā)電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質(zhì)子和氫氧化物。近日，美國研究人員在《焦耳》雜志上報道了一種新設(shè)計，它在發(fā)電和咸水淡化方面具有很好的應(yīng)用前景。

該研究高級作者、加州大學(xué)歐文分校助理教授ShaneArdo表示，他們制作了一種“離子模擬的電子P-N結(jié)太陽能電池”，能利用光能激發(fā)水的半導(dǎo)體特性，從而出現(xiàn)離子電。他們希望利用該機理制造一種可以直接在陽光照射下進(jìn)行海水淡化的設(shè)備。

在新研究中，研究人員將水通過兩種離子交換膜，其中一種膜重要運輸正電荷離子的質(zhì)子，另一種重要運輸負(fù)電荷離子，如氫氧化物，它們就像一對“化學(xué)門”使電荷分離。然后，研究人員再使用激光照射系統(tǒng)，使光敏的有機染料分子結(jié)合在膜上，繼而解放質(zhì)子。隨后這些質(zhì)子被運輸?shù)侥さ乃嵝詡?cè)，出現(xiàn)最高可超過100mV的離子電流(平均60mV)。

盡管除了偶爾出現(xiàn)的超過100mV閾值的情況，該雙膜系統(tǒng)可達(dá)到的電流水平仍是其目前的重要限制。若要實現(xiàn)海水淡化，光伏電壓必須被放大到200mV，但是研究人員對實現(xiàn)此目標(biāo)十分樂觀。“了解水的特性，我們就能更好地設(shè)計這些雙極膜界面，以最大限度地提高電壓和電流。”Ardo說。

從長遠(yuǎn)來看，海水淡化只是研究人員開發(fā)的合成光驅(qū)動質(zhì)子泵的應(yīng)用之一。它也可能用于連接電子設(shè)備，為腦機接口供應(yīng)信號，甚至能給一些結(jié)合了活體組織和人工回路的“人造細(xì)胞”供應(yīng)能量。