Вирусы помогут запасать солнечную энергию

Принцип работы солнечной батареи основан на том, что при освещении солнечными лучами фоточувствительной поверхности, характеризующейся «переизбытком» электронов, последние начинают перемещаться из неё в следующий, глубинный слой батареи, сделанный из материалов, «бедных электронами». Возникает электродвижущая сила и, как следствие, – электрический ток. Фактически эти два слоя взаимодействуют как электроды обыкновенной батареи.

Поиск материалов для изготовления солнечных батарей представляет большой интерес для исследователей. Перспективными считаются материалы на основе однослойных углеродных нанотрубок. Однако до настоящего момента попытки использования нанотрубок для этих целей успехом не увенчались, поскольку их способность проводить электрический ток очень сильно зависит от метода их получения, влияющего на структуру.

Исследование учёных Массачусетского технологического института, опубликованное в журнале Nature Nanotechnology, показывает, что композитные материалы, состоящие из углеродных нанотрубок, вирусов и оксида титана, могут существенно (на 10,6 процента!) повысить эффективность захвата электронов с поверхности фотоэлектрических элементов солнечных батарей.

Оказалось, что генетически модифицированные бактериофаги (вирусы, заражающие бактерий) M13 могут быть использованы для контроля пространственной организации «ансамблей» нанотрубок, проводящих электрический ток.

Суть технологии в следующем. Вирус М13 состоит из одной цепочки нуклеиновой кислоты (ДНК) и белковой оболочки (капсида). В данном случае важен именно капсид. Он построен из множества одинаковых белков, кодируемых вирусными генами. Такую однообразную структуру поверхности вируса можно сравнить с повторяющимися элементами паркета. Модифицировав гены этих белков, учёные добились того, что мономеры белковой оболочки приобрели способность связывать нанотрубки. Каждому вирусу оказалось под силу «удерживать» от пяти до десяти нанотрубок! При этом каждую нанотрубку «держат» 300 белков вируса. Использование такой технологии позволяет добиться того, что нанотрубки не слипаются. Это очень важно, поскольку именно слипание нанотрубок в значительной мере снижало их способность проводить электрический ток.

Кроме того, исследователи смогли «заставить» вирус М13 помогать на следующем этапе производства солнечных батарей – при создании фоточувствительного слоя из диоксида титана на поверхности нанотрубок. При изменении кислотности среды вирус начинает взаимодействовать с диоксидом титана таким образом, что молекулы TiO₂ оказываются в непосредственной близости от нанотрубок и могут беспрепятственно передавать на них электроны, образующиеся после воздействия солнечного света.

Очень важным с точки зрения внедрения изобретения в производство является и тот факт, что все процедуры могут быть выполнены в водной среде при комнатной температуре.

Результат технологии – увеличение эффективности преобразования солнечной энергии на 10,6 процента, при этом суммарный вес вирусов и нанотрубок не превышает 0,1 процента всей массы элемента батареи. Авторы считают, что с помощью данного подхода смогут в недалёком будущем добиться ещё лучших показателей.

Источник информации:

Xiangnan Dang,, Hyunjung Yi,, Moon-Ho Ham,, Jifa Qi,, Dong Soo Yun,, Rebecca Ladewski,, Michael S. Strano,, Paula T. Hammond & & Angela M. Belcher.. Virus-templated self-assembled single-walled carbon nanotubes for highly efficient electron collection in photovoltaic devices. Nature Nanotechnology. Published online 24 April 2011 doi:10.1038/nnano.2011.50.

Источник: «Наука и технологии в РФ»

Дата публикации: 29.07.2011
1374

Тэги:

энергетика,

нанотехнологии

Популярное в новостях

Популярное в аналитике