與植物光合作用效率相比，人造太陽能設備僅能轉換少少的太陽光，且轉換效率慢、機器又笨重，因此科學家想要找出植物光合作用高效之謎，或許可進一步提升太陽能電池性能。
葉綠素等色素（pigments）是植物光合作用效率高的功臣，當光照射到葉綠體時，其中電子會被一系列色素單向傳遞與激發，最後將二氧化碳、水或是硫化氫轉化成碳水化合物。而有別於植物的單向路徑，人工太陽能電池由於很容易將電子反彈，進而失去能量並降低效率。
該研究 2017 年發表於《美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》，認為色素的單向路徑是植物光合作用高效祕方。雖然類似研究已在 1992 年提出，但在此之前都沒有被證實。
為了更了解光合作用過程與其複雜反應，美國喬治亞州立大學物理與天文系生質學家 Gary Hastings 團隊利用紅外光譜分析紅外光與物質如何相互作用，並獲得美國能源局基礎能源部門 40 萬美元資助，希望可以提升人工太陽能電池效率與打造更簡單的太陽光捕獲系統。
團隊研究對象並非一般綠葉植物，而是藍綠藻的分支集胞藻（Synechocystis），研究發現只要將集胞藻中的葉綠?色素嵌入蛋白質中，其相互作用便會產生特殊性質，而研究希望能用其他色素代替葉綠?，藉由不同結構色素改變光合作用系統。
團隊透過雷射讓集胞藻行光合作用，並用紅外光追蹤電子轉移引起的色素分子鍵和周圍蛋白質變化，這些資料讓團隊得以改良色素─蛋白質系統，並控制電子的移動速度。Hastings 表示，純化植物材料過程相當複雜，比起植物細胞，對藍綠藻進行基因修飾（genetically engineer）更為簡單。
Hastings 指出，團隊的研究可指引太陽能電池新方向，像是全新的太陽能製氫方式；且電子轉移、色素和蛋白質關係等知識也可以應用到其他領域，因為這些都是生物化學的核心。
而除了用於提升太陽能設備效率，團隊也致力於研究如何將該藻類用於其他用途，例如製成生物燃料，藻類細胞生長時會產生脂類（lipids），可從細胞中萃取脂類並轉化為柴油燃料。
Hastings 表示，未來該研究也或許能用於檢測藻華，避免越來越多水池優養化與污染。藻類大量堆積可能會導致飲用水污染、藻類毒素透過食物鏈影響人體健康，而團隊目標是使用光譜檢測藻華並預測其是否會再次大量生長。
Harnessing the Power of Plants
Photosynthesis Discovery Could Help Design More Efficient Artificial Solar Cells
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（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：pixabay）
◎資料來源：科技新報
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