Выскоэффективные фотоэлементы из нанотрубок от подводных бактерий помогут ученым создать принципиально новые солнечные панели - «Новости Электроники»

Компании, которые занимаются коммерческим производством солнечных панелей, посчитают за счастье, если их установки смогут преобразовывать солнечный свет в электричество с эффективностью в 20 % - улучшение даже на 1 % будет считаться большим прогрессом. Но природа, которая на протяжении миллиардов лет совершенствовала свою «технологию» фотосинтеза способна на гораздо большее: зеленые серные бактерии, обитающие на океанских глубинах, куда едва добирается свет, могут поглощать 98 % энергии, которую он в себе несет.

Ученые Массачусетского технологического института разработали искусственную систему, в основе которой лежит модель светопоглощения, используемая глубоководными бактериями. Дальнейшие достижения в понимании этого фундаментального процесса открывают принципиально новые возможности для создания высокопроизводительных фотоэлементов. Результаты их работы опубликованы в научном журнале Nature Chemistry.

Искусственная структура американских исследователей состоит из самоорганизующихся пигментных молекул, которые формируются в двухслойные нанотрубки идеальной формы. Эти микроскопические образования, с шириной около 10 нанометров и длиной в несколько тысяч раз больше, полностью копируют размеры, форму, и функции естественных рецепторов зеленых серных бактерий, улавливающих крошечные доли солнечного света, которым удалось пробраться сквозь толщу воды.

Читайте также: Конические солнечные батареи Spin Cells – «завораживающий» генератор дешевой солнечной энергии

Ученые организовали искусственные молекулы-красители в нанотрубки с амфифильными свойствами – свойствами молекул органических веществ, при которых они одновременно наделены гидрофильными (хорошо впитывающий воду) и гидрофобными (водоотталкивающий) особенностями. В итоге светопоглощающие свойства пигментов на порядок возросли, благодаря прочным связям отдельных молекул в образованных микроструктурах. В ходе анализа работы системы исследователи выяснили, что взаимодействие между наружным и внутренним слоями двухслойной нанотрубки является незначительным, а эффективность поглощения солнечного света может корректироваться в зависимости от ориентации составляющих ее молекул.

«Это один из величайших секретов природы – как поглощать солнечное излучение с такой эффективностью», - говорит Dörthe M. Eisele, один из авторов проекта. Также ученые отмечают, что именно этот тип нанотрубок вряд ли найдет практическое применение. Целью эксперимента, по большей части, было изучение основополагающих принципов, которые в будущем будут применяться при создании оптимальных материалов для различных солнечных энергетических установок и может пройти еще некоторое время, прежде чем первые солнечные батареи на нанотрубках будут производить электричество с большей энергоэффективностью.

Источник mit.edu