Био-фотоэлектроника может стать основой гибких и дешевых солнечных батарей
Свои научные изыскания они опубликовали в журнале «Chemistry». Предложенная ими иммобилизационная стратегия впервые обеспечила при переносе электронов превышение скоростей, наблюдаемых при естественном фотосинтезе. Это достижение открывает возможность создания полусинтетических «листьев», работающих как фотоэлектрические устройства особо высокой эффективности.
В зеленых растениях белковый комплекс PS1 (photosystem 1) поглощает свет, энергия которого затем расходуется на превращение двуокиси углерода в биомассу. Фотоэлектрические устройства также улавливают свет, но на выходе дают электричество.
Один из перспективных методов снижения стоимости и увеличения эффективности солнечных элементов, заключается в замене полупроводников на мембранные белковые комплексы фотосинтеза.
Ученые выделили высокостабильный PS1-протеин из термофильной цианобактерии, живущей в горячих источниках Японии. Однако его иммобилизация в электродах осложняется тем обстоятельством, что данный комплекс демонстрирует как гидрофильные, так и гидрофобные свойства.
Реализовать поставленную задачу удалось благодаря созданию сложных материалов, называемых окислительно-восстановительными (redox) гидрогелями. В образованную из них искусственную матрицу и внедрили PS1, произведя необходимую тонкую настройку свойств (уровня pH) локального окружения этого естественного белка.
Такая среда обеспечила оптимальные условия для функционирования PS1 и позволила преодолеть этапы, ограничивающие кинетику реакции в естественных растениях. В результате были зарегистрированы самые высокие значения фототока для био-фотоэлектродов, а скорость переноса электронов превзошла более чем на порядок наблюдаемую в природе.
Таким образом, можно сделать вывод, что в дальнейшем био-фотоэлектроника станет основой гибких и дешевых солнечных батарей, пригодных для установки на неровных поверхностях.