«Живые» солнечные батареи – это реальность
 Фотография экспериментальной установки с первой тестовой солнечной ячейкой, способной к самовосстановлению. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Известно, что в процессе фотосинтеза растения поглощают излучение солнца, преобразуя его в энергию. Уже достаточно давно ученые пытались повторить этот процесс, используя синтетические материалы, однако, создать действительно качественную и подходящую для коммерческого использования солнечную ячейку до сих пор не удавалось. Основная проблема применявшихся материалов заключалась в том, что они постепенно разрушались под действием солнечных лучей. Природа, если можно так выразиться, должна была бы сталкиваться с аналогичной проблемой, однако, в растениях существует очень тонкий механизм «самовосстановления», подразумевающий постоянное разрушение и восстановление белков, поглощающих свет. Этот процесс гарантирует, что набор «основных» задействованных в фотосинтезе молекул постоянно обновляется, непрерывно функционируя «как новый».
Недавно группа ученых из Massachusetts Institute of Technology преуспела в том, чтобы повторить упомянутый выше процесс «самовосстановления» на практике, используя синтетические материалы. В очередной раз решение научного вопроса было «подсмотрено» у природы, «обнаружившей» такой подход миллионы лет назад. Однако, ученым потребовалось применить дополнительный реагент. Процесс восстановления в данном случае «запускается» при помощи сурфактанта (раствора мыльных молекул). Исследователи обнаружили, что процесс перехода между состоянием с разрушенными и «собранными» молекулами светопоглощающего белка может производится неограниченное число раз, однако, фоточувствительными белки являются только в «собранном» состоянии.
«Продуктом деятельности» этих молекул являются пары носителей тока «электрон – дырка»; нанотрубки, также присутствующие в составе искусственных клеток, выполняют роль проводов, направляя носители тока к электродам. Кроме того, они же «выравнивают» липиды и молекулы белка в направлении, необходимом для максимального поглощения солнечного света.
Сами ученые считают, что их решение по-настоящему красиво, ведь простое добавление сурфактанта позволяет спонтанно формировать достаточно сложные упорядоченные структуры. Если обычные солнечные батареи статичны, то данный тип батарей динамичен; белки в них могут самовосстанавливаться практически с той же частотой, что и в реальных растениях: каждые 45 минут (если речь идет о действительно солнечном дне).
Сформированные на основе предложенных «клеток» солнечные ячейки могли бы работать с КПД около 40%, что почти в два раза более эффективно, нежели любые существующие коммерческие аналоги. По мнению ученых, это возможно в том случае, если удастся повысить концентрацию синтетических комплексов на поверхности, поглощающей солнечный свет.
Также по теме:
- Новая эффективная технология в солнечной энергетике
- Новые окислительно-восстановительные пары могут усовершенствовать солнечные батареи
Источники: