与植物光合作用效率相比，人造太阳能设备仅能转换少少的太阳光，且转换效率慢、机器又笨重，因此科学家想要找出植物光合作用高效之谜，或许可进一步提升太阳能电池性能。

 

　　叶绿素等色素（pigments）是植物光合作用效率高的功臣，当光照射到叶绿体时，其中电子会被一系列色素单向传递与激发，最后将二氧化碳、水或是硫化氢转化成碳水化合物。而有别于植物的单向路径，人工太阳能电池由于很容易将电子反弹，进而失去能量并降低效率。

 

　　该研究 2017 年发布于《美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》，认为色素的单向路径是植物光合作用高效祕方。虽然类似研究已在 1992 年提出，但在此之前都没有被证实。

 

　　为了更了解光合作用过程与其复杂反应，美国乔治亚州立大学物理与天文系生质学家 Gary Hastings 团队利用红外光谱分析红外光与物质如何相互作用，并获得美国能源局基础能源部门 40 万美元资助，希望可以提升人工太阳能电池效率与打造更简单的太阳光捕获系统。

 

　　团队研究对象并非一般绿叶植物，而是蓝绿藻的分支集胞藻（Synechocystis），研究发现只要将集胞藻中的叶绿醌色素嵌入蛋白质中，其相互作用便会产生特殊性质，而研究希望能用其他色素代替叶绿醌，借由不同结构色素改变光合作用系统。

 

　　团队透过激光让集胞藻行光合作用，并用红外光追踪电子转移引起的色素分子键和周围蛋白质变化，这些资料让团队得以改良色素─蛋白质系统，并控制电子的移动速度。Hastings 表示，纯化植物材料过程相当复杂，比起植物细胞，对蓝绿藻进行基因修饰（genetically engineer）更为简单。

 

　　Hastings 指出，团队的研究可指引太阳能电池新方向，像是全新的太阳能制氢方式；且电子转移、色素和蛋白质关系等知识也可以应用到其他领域，因为这些都是生物化学的核心。

 

　　而除了用于提升太阳能设备效率，团队也致力于研究如何将该藻类用于其他用途，例如制成生物燃料，藻类细胞生长时会产生脂类（lipids），可从细胞中萃取脂类并转化为柴油燃料。

 

　　Hastings 表示，未来该研究也或许能用于检测藻华，避免越来越多水池优养化与污染。藻类大量堆积可能会导致饮用水污染、藻类毒素透过食物链影响人体健康，而团队目标是使用光谱检测藻华并预测其是否会再次大量生长。