Солнечная энергетика на основе... шпината

У современных фотоэлектрических солнечных панелей две основные проблемы, это стоимость и производительность. Ученые из Университета Вандербильта в Нэшвилле США придумали, каким образом заметно повысить эффективность ячеек, не увеличивая существенно их стоимости.

Научная группа под руководством Дэвида Клиффела (David Cliffel) и Кэйна Дженнингса (Kane Jennings) нашла способ превзойти способности кремния, соединив его с органическим веществом – растительным белком. Ими создан биогибридный солнечный элемент, который может производить гораздо больше энергии, чем это было доступно ранее. При успешном развитии исследований, они могут привести к созданию более дешевых и эффективных солнечных батарей.

С помощью изумительного инструмента фотосинтеза природа эффективно преобразовывает и накапливает энергию Солнца. Люди пока только пытаются сделать что-то подобное. Примерно лет 40 назад был выделен белок Photosystem 1 (PS1), способный преобразовывать солнечный свет в электричество даже после того, как его извлекают из живой клетки. Этот белок работает довольно эффективно, преобразовывая в электричество почти весь солнечный свет. Его к.п.д. приближается к невероятной цифре 100%, тогда как у самых лучших полупроводниковых фотоэлектрических панелей этот показатель ниже 40%.

Вторая замечательная для человека особенность белка – его доступность. Протеин PS1 можно извлечь практически из любого растения, например, из листьев шпината.

Однако реализовать потенциальные возможности оказалось непросто. Удельная производительность биогибридных устройства на основе белка до сих пор ниже, чем у кремниевых ячеек. Плотность энергии на единицу площади у существующих коммерческих полупроводниковых элементов значительно выше, чем у биогибридных экспериментальных панелей.

Кроме того белок сохраняет рабочие свойства относительно недолго. Максимум, чего смогли добиться ученые к 2010 году, это девять месяцев устойчивой работы, что стало серьезным прорывом на фоне предшествующих достижений - сроков в несколько недель.

Ученые пытались создать тонкую пленку из белка на металлических подложках. Однако результатов, позволяющих рассчитывать на появление коммерческих технологий, они достигли, когда в качестве подложки использовали кремний.

Технология создания биогибридной солнечной панели примерно следующая. Водный раствор белка наносят на подложку и выпаривают воду в вакууме. Остается слой толщиной примерно в 100 молекул PS1, способный преобразовывать солнечную энергию.

Проблема заключалась в том, что молекулы белка, в отличие от природного варианта, распределялись хаотично и были ориентированы в разные стороны. Виду того, что на концах молекул образуются противоположные заряды, не удавалось получить значительный направленный электрический ток.

Кремний позволяет перемещаться электронам лишь в одном направлении. В результате удалось достичь плотности тока 850 микроампер на квадратный сантиметр при напряжении 0,3 вольта. Эти значения вдвое превышают предыдущие достижения. Ученые считают, что при достаточных размерах из панели уже сегодня способны обеспечить питанием небольшие электроприборы.

Исследователи подали заявку на получение патента на свое изобретение и получили два гранта, которые позволят продолжить работу и создать рабочий прототип. По их мнению, им удастся создать коммерческую технологию в течение трех лет.

По материалам Vanderbilt University

• < Мобильный робот QBotix корректирует положение солнечных панелей
• Как Африка однажды станет источником энергии для Европы >

Комментарии: