松肉粉有助染料敏化太阳能发展?降低成本,效率也有望再提升

木瓜蛋白酶(papain)也被称为松肉粉,是嫩肉剂的主要材料,有许多企业会以这类植物性蛋白质分解酵素,避免把肉煮得太硬太柴、难以咀嚼,不过最近荷兰科学家发现,木瓜蛋白酶其实另有用处,除了可以让肉质软嫩可口,还是降低太阳能制程成本的好帮手。

木瓜蛋白酶用处多多,通常能够最有效地分解蛋白质的就是蛋白酶,它们可以把较硬、由蛋白质组成的肉纤维切断,同时木瓜蛋白酶也可以分解生物毒液中的蛋白毒素,若是被水母、蜜蜂、黄蜂等蛰伤,手边又没有药,也可以抹一些。

最近荷兰台夫特理工大学(TU Delft)科学家则挖掘出木瓜蛋白酶的新用途,可以进一步降低染料敏化太阳能电池的成本(DSSC)。这类太阳能的原理是利用“染料”来吸收阳光并转移电子,当染料吸收光后,被激发的电子会进入底下的二氧化钛半导体(光电极),其中二氧化钛层具有纳米大小的孔洞,可以提高表面积并吸附更多的染料,进而提升电流值,而剩下的染料会再通过催化剂与电解质产生氧化还原反应,反应后的电子会使染料分子还原,最终完成循环。

染料虽然便宜,但二氧化钛薄膜制造不易,得通过热氧化(thermal oxidation)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等制程方法,还需要600°C以上高温以及昂贵先进的真空设备。

根据TU Delft的新研究,只要通过业界常见的浸沾式涂布法(Dip Coating)即可,浸沾式涂布法普遍又简易,假如人们想要帮水壶染色,只要将水壶泡在染料中,之后晾一下让多余的染料滴落,烘干即可得到染色的水壶,这种方法不限于各种形状,只是有着难均匀、速度慢等缺点。

科学家发现,木瓜蛋白酶可以吸附在氧化铟锡(ITO)等氧化物的表面上,然后变成覆盖整个基板的薄膜,还具有催化二氧化钛矿化(mineralization)的功用,因此只要将ITO浸泡在木瓜蛋白酶、二氧化钛前体混合溶液,之后再用户用烤箱慢慢加热让薄膜上方的有机材料蒸发,最后就会留下多孔的二氧化钛薄膜,并产生更薄、更坚硬的多孔二氧化钛层,与沈积技术相比,晶格空位(Vacancy defect)的问题也更少。

同时团队也发现,这种木瓜蛋白酶/二氧化钛层可以层层堆栈,最多叠到50层。之后科学家也进一步以浸沾式涂布法制作出有机染料敏化太阳能电池,有趣的是,染料使用来源也是水果:石榴,科学家把木瓜蛋白酶/二氧化钛薄膜浸泡在石榴汁中24小时,使染料附着在薄膜上,最后再用乙醇冲洗、氮气干燥。

研究团队认为,木瓜蛋白酶的室内浸沾式涂布法实验相当成功,已合成多层多孔木瓜蛋白酶/二氧化钛薄膜,也是种永续且便宜的二氧化钛薄膜制作方法,未来有机会集成到窗户玻璃上。TU Delft研究人员Duncan McMillan表示,薄膜的多孔性质使团队较容易制造出大面积的电池,结合现有的技术,未来有机会研发更高校的太阳能电池。

(首图来源:pixabay)

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