Ученые имитировали фотосинтез в солнечных батареях для повышения их эффективности

Международная команда исследователей, работавшая на базе Университета Эрлангена-Нюрнберга использовали концепцию фотосинтеза для увеличения эффективности солнечных батарей.

За фотосинтез в живых организмах отвечают миниатюрные «реакторы», окруженные коллекторами, которые захватывают фотоны и передают их в центр. Тесная связь структуры и взаимодействия компонентов способствует продуктивности. Именно эту стратегию международная команда исследователей использовала для повышения эффективности солнечных батарей, сообщает sciencedaily.com. Последние результаты работы, проведенной в Университете Эрлангена-Нюрнберга, представлены в журнале Nature Chemistry.

Растения и бактерии превращают свет в энергию с помощью двух белковых комплексов, названных фотосистемы I и II. Процессы в них запускаются катализаторами в определенном порядке. На первом этапе из воды выделяется кислород. Последующий процесс готовит комплексы к производству углеводов, для чего не требуется новый источник энергии. Реакционные центры окружены группами светопоглощающих пигментов. Эти антенны увеличивают площадь захвата лучей и спектр доступных длин волн. Каждое реакционное ядро имеет около 30 таких элементов. Ученым пока не удалось воссоздать эту систему в устройствах. Они добились только соотношения 1 к 1 – 1 светопоглощающая молекула на катализатор для окисления воды.

Группы исследователей профессора Дирка Гулди и его бывшего сотрудника, доктора Константина Дириана, надеются подстегнуть развитие солнечной энергетики, синтезируя модули, основанные на связи структуры и функций в фотосистеме II. В новых структурах, светопоглощающие кристаллы, уже используемые в светодиодах, транзисторах и солнечных батареях, помещается в сеть шестигранных ячеек вокруг окисляющего воду катализатора с 4 металлическими атомами рутения в центре. По виду системы напоминают цилиндрические батареи. В процессе химической самосборки они создают 2 размерные планки. Слои формируют блок, захватывающий энергию солнечных лучей.

Ученым не удалось точно воспроизвести природную структуру, но они сохранили принцип. Пять макромолекул в форме сот, способные захватывать свет, создают оболочку вокруг каждого реакционного ядра. Ученые показали, что эти структуры эффективно (более 40%) собирают солнечную энергию. Системы использовали свет зеленого спектра, как и растения. Авторы надеются, что проект позволит установкам использовать солнечный свет так же эффективно, как это делает природа.