Гибридная наноструктура повышает эффективность сбора света
Для поглощения солнечных лучей растения и некоторые бактерии полагаются на светособирающий белковый комплекс, содержащий хромофоры. Вдохновленные этой архитектурой, ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Стоуни-Брук собрали наногибридную структуру из биологических и неорганических материалов.
Команда объединила светособирающий белок цианобактерий, полупроводниковые нанокристаллы (квантовые точки) и двумерный полупроводниковый металл переходного ряда атомарной толщины, сообщает sciencedaily.com. Получившаяся структура может повысить эффективность солнечных батарей.
Результаты исследования представлены в ACS Photonics.
«КПД лучших современных солнечных коллекторов – около 23%. В среднем, они преобразуют в электричество 15-18% света, — сказал Мирча Котлет, сотрудник Брукхейвенской лаборатории и ответственный автор работы. – Биотически-абиотический наногибрид может повысить эффективность систем сильнее, чем простые двумерные полупроводниковые структуры. Он активнее реагирует на свет при внедрении в полевой транзистор».
В качестве платформы ученые использовали листы диселенида молибдена (MoSe2). Ее объединили с квантовыми точками и аллофикоцианином (АФЦ), белком цианобактерий. Авторы выбрали компоненты, основываясь на их светособирающих свойствах. Они сделали в материалах запрещенные зоны, обеспечивающие направленную согласованную поэтапную передачу энергии. Она движется от квантовых точек к АФЦ и MoSe2. Процесс имитирует природные светособирающие системы, где хромофоры (здесь, КТ) поглощают лучи, направляя энергию в промехуточные хромофоры (здесь, белок) и реакционный центр (MoSe2).
Для объединения компонентов авторы использовали электростатическую самосборку, технику, основанную на взаимодействии заряженных частиц. Затем они рассмотрели структуру через специализированный оптический микроскоп. Анализы показали, что добавление АФЦ повышает эффективность передачи энергии на 30%. Измерив фотоотклик наногибрида, внедренного в полевой транзистор, авторы зафиксировали рекордную восприимчивость – устройство производило в 2 раза больше фототока под действием солнечных лучей.
«Уверены, проект является одной из первых демонстраций каскадной биотически-абиотической наноструктуры, включающей 2D-полупроводник из металла переходного ряда, — сказал первый автор работы, Минсин Ли. – На следующем этапе мы, вместе с теоретиками постараемся лучше понять механизмы, улучшающие передачу энергии для определения способов их применения в технике».
