美国普渡大学研制出具有自我修复能力的新型太阳能电池

美国普渡大学研究人员研发出一种新型太阳能电池，该电池可利用碳纳米管和DNA技术模拟植物光合系统，实现自我修复，旨在延长太阳能电池组件的使用寿命并降低成本。

该大学机械工程助理教授Jong Hyun Choi称，通过光学纳米材料制造出人工光合系统，用于收集太阳能并转换为电能。在电池的设计上则采用具有特殊电学性能的单壁碳纳米管作为光电池的“分子导线”（molecular wires）。

常用光电化学电池将太阳光转换为电能，利用液态电解质传递电子，从而产生电流。然而，这种电池含有名为载色体（chromophores）的吸光染料，该染料作用与叶绿素相似，在吸收阳光后会逐渐失去活性。而该新型电池具有模拟植物每小时进行自我再生的特征，通过利用单壁碳纳米管的特殊电学性能对被光破坏的染料进行更新，可实现满负荷持续供电。

碳纳米管作为工作平台起着锚定DNA链的作用，而DNA链在改造后可识别并依附于载色体。该系统在DNA识别染料分子后会自动开始自我组装。载色体在更新时，利用具有不同核苷酸序列的新DNA链产生化学反应的方法，将受损染料分子替换为新载色体。

对植物自我修复机制模拟技术而言，有两大因素至关重要：分子识别与热力学亚稳态（thermodynamic metastability）。由于天然载色体在使用时还需采取必要的细菌隔离措施，因此其利用难度较大，工业化生产成本也较高，所以可考虑使用名为卟啉的合成染料替代生物载色体。目前该方法仍处于基础研究阶段，但将来有可能实现工业化生产。……