Физики улучшили эффективность "зеленой" солнечной батареи в 2,5 раза



Американские физики создали гибридный источник электроэнергии на основе фотосинтезирующего белка PS1 и кремниевой солнечной батареи, превосходящий по эффективности аналогичные разработки в 2,5 раза, и опубликовали «инструкцию» по его сборке в статье в журнале Advanced Materials.

«Эта комбинация вырабатывает ток, сила которого в тысячу раз превосходит то, что мы получали, покрывая белком пластинки из различных металлов. Если мы продолжим двигаться по текущей траектории, постепенно увеличивая силу тока и его напряжение, мы достигнем уровня полноценной технологии по преобразованию энергии солнца в электричество через три года», – пояснил руководитель группы ученых Дейвид Клиффел (David Cliffel) из университета Вандербильта в Нэшвилле (США).

Клиффел и его коллеги экспериментировали с белком фотосистема-I (PS1) – сложного соединения из пигмента хлорофилла и нескольких белковых цепочек. Зеленые растения, водоросли и бактерии используют его для захвата фотонов и преобразования их энергии в свободные электроны, которые впоследствии расходуются при синтезе питательных веществ.

В последние годы ученые пытаются приспособить этот белок для производства электричества или других задач. Так, в декабре 2011 года американские химики использовали PS1 для создания «водородной фабрики», запасающей энергию света в молекулах водорода. Через четыре месяца израильские физики адаптировали этот белок для работы в составе батарейки, использующей свет и воду для производства электричества.

Авторы статьи обнаружили, что эффективность работы фотосистемы-I сильно зависит от проводящих свойств подложки, к которой были прикреплены молекулы белкового комплекса. Физики перебрали различные варианты материалов для подложки, в том числе металлы и чистый кремний.

Лучше всего себя показал кремний с большим числом примесей в виде атомов бора или алюминия, который относится к группе полупроводников так называемого p-типа. Атомы бора и алюминия, интегрированные в кристалл кремния, создают области с избыточным положительным зарядом, так называемые «дырки», улучшающие электропроводность кремния.

Подобрав подходящий материал, ученые собрали экспериментальную «зеленую» солнечную батарею. Для этого они вырастили листья шпината, а извлекли из них белок PS1 и нанесли его раствор на пластинку кремния. Затем этот «бутерброд» помещался в вакуумную камеру для удаления молекул воды с поверхности белковой пленки.

По словам физиков, один квадратный сантиметр такого покрытия вырабатывает около милливольта электричества с напряжением в 0,3 вольт, что превосходит мощность предыдущих разработок в 2,5–3 раза.

Как утверждают Клиффел и его коллеги, дальнейшее развитие этой технологии позволит использовать такие «зеленые» батареи для зарядки или питания мобильных электронных устройств.

Источник

«Каждый ученый изгоняет бога из той науки, которая составляет предмет его специального изучения»

Лафарг П.

Файлы

Атеизм и религия: вопросы и ответы

Машины созидания: Грядущая эра нанотехнологии

Человеческое познание его сферы и границы

Аристотель "Политика. Этика. Поэтика"