Фотосинтез в солнечных элементах следующего поколения

Коммерческие солнечные панели состоят из сотен или тысяч отдельных солнечных элементов, поэтому даже небольшое повышение их эффективности может привести к ощутимому экономическому эффекту

Солнечные элементы следующего поколения, которые за счет биологического материала имитируют фотосинтез, могут придать новое значение термину «зеленая технология». Добавление белка бактериородопсина в солнечные элементы на основе перовскита может повысить эффективность устройств. Такой вывод сделала группа исследователей на основе лабораторных испытаний.

«Эти результаты открывают дверь для разработки более дешевой и экологически чистой технологии биоперовскитовых солнечных элементов». «В будущем станет возможным заменить некоторые дорогостоящие химические вещества в солнечных элементах на относительно более дешевые природные материалы».

Перовскитные солнечные элементы, названные в честь своих уникальных кристаллических структур, которые превосходно поглощают видимый свет, относятся к области интенсивных исследований, поскольку они предлагают более эффективную и менее дорогую альтернативу традиционной солнечной технологии на основе кремния.

В последнее время галогенидные перовскиты достигают эффективности преобразования энергии, превосходящей характеристики поликристаллического кремния. Исследователи смогли, добавив белок бактериородопсина к перовскитному солнечному элементу, повысить его эффективность с 14,5 до 17 процентов. Они опубликовали достигнутые результаты в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.

По оценкам исследователей, коммерческие солнечные панели состоят из сотен или тысяч отдельных солнечных элементов, поэтому даже небольшое повышение их эффективности может привести к ощутимому экономическому эффекту.

Подражая природе

Оглядываясь на природные явления, исследователи стремятся к дальнейшему улучшению работы солнечных элементов на основе перовскита с помощью механизма передачи энергии между парой светочувствительных молекул. «Этот механизм известен уже давно». «Это основа фотосинтеза, и его можно найти в таких технологиях, как беспроводная передача энергии. Можно использовать этот механизм, чтобы попытаться создать мир био-вдохновленных систем».

Белки бактериородопсина и перовскитные материалы имеют сходные электрические свойства. При их сочетании, ученые предположили, что они могут достичь лучшей производительности в перовскитных солнечных элементах.

«Солнечные элементы работают, поглощая световую энергию или молекулы фотонов и создавая пары «электронов и дыр». «Посылая электроны и дыры в противоположных направлениях, солнечные элементы генерируют электрический ток, который превращается в электричество».

Тем не менее, определенный процент электронно-дырочных пар рекомбинирует, уменьшая количество производимого тока. По словам ученых, смешивание белка бактериородопсина с солнечными элементами на основе перовскита поможет электронно-дырочным парам лучше проходить через устройства, уменьшая потери при рекомбинации и увеличивая энергетическую эффективность.

Результаты могут иметь более серьезные последствия, которые приведут к разработке других гибридных устройств, где искусственные и биологические материалы будут работать вместе.

Источник: SciTechDaily