鬆肉粉有助染料敏化太陽能發展?降低成本,效率也有望再提升

發佈日期: 2020 年 03 月 24 日 11:26 | 作者: | 分類: 產業資訊

木瓜蛋白酶(papain)也被稱為鬆肉粉,是嫩肉劑的主要材料,有許多業者會以這類植物性蛋白質分解酵素,避免把肉煮得太硬太柴、難以咀嚼,不過最近荷蘭科學家發現,木瓜蛋白酶其實另有用處,除了可以讓肉質軟嫩可口,還是降低太陽能製程成本的好幫手。

木瓜蛋白酶用處多多,通常能夠最有效地分解蛋白質的就是蛋白酶,它們可以把較硬、由蛋白質組成的肉纖維切斷,同時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、黃蜂等蟄傷,手邊又沒有藥,也可以抹一些。

最近荷蘭台夫特理工大學(TU Delft)科學家則挖掘出木瓜蛋白酶的新用途,可以進一步降低染料敏化太陽能電池的成本(DSSC )。這類太陽能的原理是利用「染料」來吸收陽光並轉移電子,當染料吸收光後,被激發的電子會進入底下的二氧化鈦半導體(光電極),其中二氧化鈦層具有奈米大小的孔洞,可以提高表面積並吸附更多的染料,進而提升電流值,而剩下的染料會再透過催化劑與電解質產生氧化還原反應,反應後的電子會使染料分子還原,最終完成循環。

染料雖然便宜,但二氧化鈦薄膜製造不易,得透過熱氧化(thermal oxidation)、化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)等製程方法,還需要 600°C 以上高溫以及昂貴先進的真空設備。

根據 TU Delft 的新研究,只要透過業界常見的浸沾式塗布法(Dip Coating)即可,浸沾式塗布法普遍又簡易,假如人們想要幫水壺染色,只要將水壺泡在染料中,之後晾一下讓多餘的染料滴落,烘乾即可得到染色的水壺,這種方法不限於各種形狀,只是有著難均勻、速度慢等缺點。

科學家發現,木瓜蛋白酶可以吸附在氧化銦錫(ITO)等氧化物的表面上,然後變成覆蓋整個基板的薄膜,還具有催化二氧化鈦礦化(mineralization)的功用,因此只要將 ITO 浸泡在木瓜蛋白酶、二氧化鈦前體混合溶液,之後再用家用烤箱慢慢加熱讓薄膜上方的有機材料蒸發,最後就會留下多孔的二氧化鈦薄膜,並產生更薄、更堅硬的多孔二氧化鈦層,與沈積技術相比,晶格空位(Vacancy defect)的問題也更少。

同時團隊也發現,這種木瓜蛋白酶/二氧化鈦層可以層層堆疊,最多疊到 50 層。之後科學家也進一步以浸沾式塗布法製作出有機染料敏化太陽能電池,有趣的是,染料使用來源也是水果:石榴,科學家把木瓜蛋白酶/二氧化鈦薄膜浸泡在石榴汁中 24 小時,使染料附著在薄膜上,最後再用乙醇沖洗、氮氣乾燥。

研究團隊認為,木瓜蛋白酶的室內浸沾式塗布法實驗相當成功,已合成多層多孔木瓜蛋白酶/二氧化鈦薄膜,也是種永續且便宜的二氧化鈦薄膜製作方法,未來有機會整合到窗戶玻璃上。TU Delft 研究人員 Duncan McMillan 表示,薄膜的多孔性質使團隊較容易製造出大面積的電池,結合現有的技術,未來有機會研發更高校的太陽能電池。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:pixabay

announcements 線上投稿     mail 列印
Share