現代太陽能電池可利用光能產生電子和電洞，然后由半導體材料傳輸到外部電路，供人們使用。但是，很少有人關注到另一個由光能驅動的發電形式，即通過分解水分子得到帶相反電荷的質子和氫氧化物的傳輸發電。近日，美國的研究人員在《焦耳》雜志上報道了一種新的設計，它在生產電能和咸水淡化方面具有很好的應用前景。

研究人員制作了一種“離子模擬的電子P-N結太陽能電池”，利用光能來激發水的半導體特性，從而產生離子電。他們希望利用這種機理來制造一種可以直接在陽光照射下進行海水脫鹽淡化的設備。

在最新設計中，研究人員將水通過兩種離子交換膜，其中一種膜主要運輸正電荷離子(如陽離子)的質子，另一種主要運輸負電荷離子(陰離子)，如氫氧化物，他們就像一對“化學門”使電荷分離。再使用激光照射系統，使光敏的有機染料分子結合在膜上，繼而解放質子。然后這些質子將運輸到膜的酸性側，產生最高可超過100 mV的離子電流(平均60 mV)。

然而，除了偶爾出現的超過100 mV闕值的情況，雙膜系統可以達到的電流水平仍然是其目前主要的限制。若要實現海水淡化，光伏電壓必須被放大到200 mV，但是研究人員對實現此目標持有樂觀態度。

從長遠來看，海水淡化只是研究人員開發的合成光驅動質子泵的應用之一。它也可能用于連接電子設備，為腦機接口提供信號，甚至給一些結合了活體組織和人工回路的“人造細胞”提供能量。