工程师设计太阳能屋顶为温室收集能量

随着世界各国寻求可持续能源，以及美国努力在2050年之前成为净零排放经济体，太阳能电池板等可再生能源的需求量很大。

然而，太阳能电池板会占用大量空间，并且通常难以扩展。进入农业光伏的新领域，该领域侧重于同时使用太阳能发电和农业的土地。例如，用太阳能电池板代替温室中的玻璃可以为温室甚至整个农场的灯具和水控制供电。但是，如何建造能够从阳光中吸收能量而不会阻挡植物所需光线的太阳能电池板呢?

加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的材料科学家杨扬和他的团队设计了这样一个装置。在今天发表在《自然可持续性》上的一项研究中，他们探索了一种新的、可行的太阳能电池应用，不需要大片土地。

该团队开发了一种增强半透明有机太阳能电池的策略。这些细胞依赖于碳基材料，而不是传统设备中的无机物质。研究人员加入了一层名为L-谷胱甘肽的天然化学物质，该化学物质在柜台上作为抗氧化剂膳食补充剂出售，并发现这种添加延长了太阳能电池的寿命，提高了其效率，并且仍然允许足够的阳光到达温室原型中的植物大约一个小玩具屋的大小。

“有机材料因其光吸收选择性而特别适合农业光伏，”杨说，他还拥有生物工程方面的教职，并持有加州大学洛杉矶分校的Carol和Lawrence E. Tannas Jr.工程学。“到目前为止，阻止它们广泛使用的主要缺点是它们缺乏稳定性。

有机太阳能电池往往比无机太阳能电池降解得更快，因为阳光会导致有机材料氧化，从而失去电子。研究人员发现，L-谷胱甘肽的额外层阻止了太阳能电池中的其他材料氧化，这导致有机电池在连续使用80小时后保持超过1%的效率 - 而不是不到000%没有添加层。

研究小组还在两个单独的演示中跟踪了常见作物的生长情况，包括小麦，绿豆和西兰花。一个有一个透明的玻璃屋顶，上面有无机太阳能电池片，另一个有一个完全由半透明有机太阳能电池制成的屋顶。带有有机太阳能屋顶的温室中的作物比普通温室中的作物生长得更多。科学家们认为，这是因为L-谷胱甘肽层阻挡了紫外线，紫外线可以抑制植物生长，红外线会导致温室过热，植物内部需要更多的水。

“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，”该研究的主要作者，加州大学洛杉矶分校杨实验室的博士后学者Yepin Zhao说。“但是我们多次重复实验，结果相同，经过进一步的研究和分析，我们发现植物不需要我们最初想象的那么多的阳光来生长。事实上，过多的阳光照射弊大于利，尤其是在加利福尼亚这样的气候中，那里的阳光更充足。

在这些发现之后，该团队在加州大学洛杉矶分校成立了一家初创公司，旨在扩大工业用有机太阳能电池的生产。研究人员表示，他们希望在未来制造包含有机太阳能电池的环保温室。