在人類發(fā)明硅基太陽能電池之前，自然界中的硅藻早就開始利用二氧化硅來收集太陽能。藻類外殼利用陽光的構(gòu)筑是未來太陽能電池原材料和模型構(gòu)筑的最佳供體。挪威科技大學(xué)（NTNU）和挪威科技工業(yè)研究院（SINTEF）組成斯堪迪納維亞半島最大的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)正在利用硅藻和其他單細(xì)胞藻類作為未來太陽能電池研究的模板，來制造太陽能利用率與藻類媲美的硅藻太陽能電池。
藻類有200 個(gè)門，10 萬多個(gè)種，大多數(shù)生活在海水中，能利用太陽能進(jìn)行光合作用。藻類是世界上光能利用最成功、光能利用率最高的有機(jī)體，其能較少的反射太陽光，并通過網(wǎng)格毛孔捕獲太陽能。藻類高效利用陽光的最大秘密在于其外殼，其中單細(xì)胞的硅藻外殼是最佳模型。硅藻外殼是由結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜精密的二氧化硅組成10~50nm 的六邊形微孔排列形成絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)能使射進(jìn)的光線無法逃逸。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Gabriella Tranell 表示，這種紋飾繁密的藻殼不僅增強(qiáng)了硅藻的硬度和強(qiáng)度，使其具有能懸浮起來的機(jī)械性能，而且提高了其運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)和吸附、附著的生理功能，且阻止了有害物質(zhì)進(jìn)入，增強(qiáng)了光吸收率。
該團(tuán)隊(duì)從世界上一萬多種硅藻中篩選出外殼結(jié)構(gòu)最好的微藻：假微型海鏈藻、牟氏角毛藻、羽紋藻和圓篩藻。其中圓篩藻的外殼結(jié)構(gòu)最好，但圓篩藻卻很難培養(yǎng)。研究人員應(yīng)用納米技術(shù)，利用延展性較好的貴金屬金為原材料，以硅藻外殼為模具，用生物模板法復(fù)制了具有優(yōu)質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的硅藻外殼結(jié)構(gòu)。接著測試了該黃金仿生結(jié)構(gòu)復(fù)制品的各個(gè)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。而后通過計(jì)算機(jī)模擬獲得不同外殼各層組件的結(jié)構(gòu)（如不同孔徑、形狀等）的光學(xué)測試闡釋了硅藻外殼捕獲太陽光、反射太陽光的原理和最佳入射光角度與結(jié)構(gòu)選擇。據(jù)此獲得計(jì)算機(jī)模擬的光吸收最佳模型并依此尋找自然界中的最佳硅藻外殼。
在現(xiàn)實(shí)中為了使硅藻外殼表面不覆蓋其他雜質(zhì)且形成不相互重疊的外殼單層，研究者先用海藻酸清洗去外殼上所有有機(jī)物質(zhì)和雜質(zhì)，然后嘗試讓帶負(fù)電荷的硅藻外殼在帶正電荷的平板上形成平坦的單分子層。另外研究者也嘗試用梯度密度法，即讓硅藻在兩種不相容液相（如水與氯仿）交界面處自然形成單細(xì)胞外殼層。
獲得高質(zhì)量、耐熱、耐化學(xué)腐蝕的硅藻外殼，是硅藻的重中之重。該團(tuán)隊(duì)通過控制培養(yǎng)基中氮、磷、鋅、維生素和微量元素等來調(diào)控硅藻合成外殼。通過特定時(shí)期減少硅酸鹽濃度、添加二氧化鈦，使得外殼表面覆有導(dǎo)電性的二氧化鈦。
研究負(fù)責(zé)人Gabriella Tranell 表示，雖然不能確定用硅藻外殼和納米技術(shù)生產(chǎn)的太陽能電池的上市時(shí)間，但她堅(jiān)信他們的團(tuán)隊(duì)可以成功，并利用生物仿生學(xué)原理使太陽能電池像植物一樣，根據(jù)太陽位置和強(qiáng)度調(diào)整自身的位置及其仿生結(jié)構(gòu)。
