Ученые разработали устойчивые биологические солнечные панели

Немецкие ученые создали уникальные солнечные панели, в которых используются ячейки, выполненные с использованием биологического сырья. Согласно опубликованным данным, каждая ячейка генерирует несколько нановатт электричества на квадратный сантиметр площади, а новая технология позволяет избежать частого выхода из строя фотосинтезирующих клеток, что является одной из самых больших проблем, стоявшей перед создателями солнечных биопанелей. Новинка имеет целый ряд преимуществ перед традиционными солнечными панелями, среди которых нужно выделить повышенную эффективность и тот факт, что в их конструкции не используются такие материалы, как кремний, одни из самых дорогих составляющих солнечных батарей. В то же время, нельзя не сказать о пока недостаточном количестве электроэнергии, которую способны генерировать биопанели, но усовершенствование технологии является лишь вопросом времени.

Отметим, что в прошлом также осуществлялись попытки создать подобные панели, но строились они на одном из шагов так называемой «Z-схемы», которая представляет собой процесс фоторедукции, где световая энергия превращается в химическую в два этапа. Кроме того, были попытки использовать и две фотосистемы, в которых использовался принцип поглощения света растениями или цианобактериями, после чего происходило более сильное возбуждение электрона, достигавшего более высокого энергетического уровня внутри второй фотосистемы. Далее нестабильный электрон участвовал в ряде окислительно-восстановительных реакций внутри серии транспортных цепей, в результате чего попадал в первую фотосистему.

Новая разработка ученых позволила объединить обе фотосистемы и реализовать их в корпусе одной фотовольтанической ячейки. Вместо захвата электронов на первой стадии фотосинтеза, используется разделение заряда между двумя фотосистемами, что позволило создать анод и катод, которые при помещении в специальный окислительно-восстановительный гидрогель способны генерировать электрический ток под воздействием света. Фотосистемы были изолированы в термофильной цианобактерии, местом обитания которой являются некоторые горячие источники. Ученые остановили свой выбор именно на ней, так как эта бактерия способна существовать в невероятно сложных условиях, а значит, сможет обеспечить высочайшую стабильность солнечной ячейки. Бактерия была помещена в гидрогель с разными потенциалами, что позволило получить электричество, тогда как обычно бактерия перерабатывала углекислый газ в кислород.

По мнению ученых, их работа может лечь в основу для создания полуискуственных или даже полностью искусственных живых систем, в которых фотосинтез используется для производства вторичных носителей энергии, например, водорода. Клетки и создаваемые на их основе ячейки получаются очень устойчивыми и демонстрируют длительный срок службы, который ранее был недоступен для этой группы устройств.