Более эффективные биосолнечные клетки по образцу природы

Имитация растений, водорослей и бактерий
Биосолнечные клетки – это инновационная концепция преобразования солнечного света в электрическую энергию. Они производятся с использованием природных биологических компонентов.

В их основе лежат так называемые фотосистемы: крупные белковые комплексы, отвечающие за преобразование энергии у растений, водорослей и цианобактерий. Фотосистема II, сокращенно ФСII, играет центральную роль в этом процессе, потому что она может использовать воду в качестве источника электронов для генерации электричества.

Сотрудничество пока безуспешно в пробирке
«Однако, несмотря на свою уникальность PSII, его эффективность ограничена, потому что он может использовать только процент солнечного света», – объясняет профессор Марк Новачик, руководитель проектной группы «Молекулярные механизмы фотосинтеза» в RUB. В частности, когда речь идет о так называемом зеленом промежутке, PSII практически неактивна. «Цианобактерии решили эту проблему, образуя специальные светособирающие белки, i.е. фикобилисомы, которые также используют этот свет. Это сотрудничество работает в природе, но еще не в пробирке."

Суперкомплексы используют вдвое больше фотонов зеленой щели
В сотрудничестве с исследовательской группой профессора Вольфганга Шумана из RUB и израильской исследовательской группой профессора Ноама Адира команде Новачика удалось создать двухкомпонентный биоэлектрод.

Основная трудность заключалась в функциональном взаимодействии мультибелковых комплексов, некоторые из которых были объединены у разных видов.
Исследователи стабилизировали эти суперкомплексы, используя химические сшивающие агенты с короткой цепью, которые навсегда фиксируют белки на очень коротком расстоянии друг от друга. На следующем этапе они вставили их в соответствующие электродные конструкции. «Мы справились с этой задачей, используя индивидуализированные трехмерные прозрачные электроды в сочетании с окислительно-восстановительными гидрогелями», – говорит д-р. Фолькер Хартманн, ведущий автор исследования.

Эта конструкция позволила исследователям использовать вдвое больше фотонов в зеленой зоне по сравнению с системой без каких-либо комплексов сбора света.
Перспективный промежуточный этап
Сборка белковых комплексов в пробирке считается перспективным промежуточным этапом в развитии биологических солнечных элементов. Таким образом, преимущества разных видов могут быть функционально объединены в полуискусственные системы.

В будущем исследователи будут в основном сосредоточены на оптимизации производства и продолжительности жизни биологических компонентов.
Финансирование

Исследование финансировалось Ruhr Explores Solvation Resolv Cluster of Excellence, Школой исследований конверсии микробных субстратов GRK 2341 (Micon), которые финансируются Немецким исследовательским фондом (DFG), и немецко-израильским исследовательским проектом Nano-Engineered opto- биоэлектроника с биоматериалами и сборками на основе биоматериалов под эгидой DFG и Израильского научного фонда.

Блог автомобилиста