Исследователи создают новый тип солнечных элементов, способных самовосстаналиваться с помощью нанотрубок и ДНК, как природная фотосинтезирующая система растений. Целью новой технологии является увеличение срока эксплуатации и снижение стоимости.

«Используя оптические наноматериалы, мы создали искусственные фотосистемы для накапливания солнечной энергии и превращения ее в электричество», - рассказывает Джонг Чой, помощник профессора инженерной механики в Университете Пердью.

Разработка основывается на необычных электрических свойствах структур под названием «углеродные нанотрубки с одинарной стенкой», которые используются как молекулярные проводники в светособирающих элементах, объясняет Чой, который возглавляет группу ученых в Центре нанотехнологии и биологических наук Исследовательского парка Пердью.

«Эта технология может быть запущена в серийное производство, но пока мы на этапе научно-исследовательских работ», - добавляет он.

Фотоэлектрохимические элементы преобразуют солнечные лучи в электричество. Элементы содержат светопоглощающие красители под названием «хромофоры», хлорофилловые молекулы, которые разрушаются под действием солнечного света. Именно это разрушение является критическим недостатком обычных фотоэлектрохимических элементов, как сообщает Sciencedaily.

Новая технология преодолевает эту проблему так, как это происходит в природе - путем постоянной замены поврежденных светом красителей новыми.

«В растениях самовосстановление такого типа происходит каждый час», - говорит доцент кафедры механики Чой (Purdue University).

Новая концепция дает жизнь инновационному типу фотоэлектрохимических элементов, которые продолжают работать с полной нагрузкой в течение неопределенного времени, пока добавляется новый хромофор.

Углеродные нанотрубки работают как платформа для фиксации нитей ДНК. Структура ДНК состоит из специфической последовательности составляющих элементов под названием «нуклеотиды», которые распознают хромофоры и прикрепляются к ним. Как объясняет Чой, ДНК распознает молекулы красителя, после чего система самовосстанавливается.

Когда хромофор необходимо заменить, он убирается химическим процессом или с помощью добавления новых нитей ДНК с разными нуклеотидными последовательностями, которые отбрасывают поврежденные молекулы красителя. Затем добавляется новый хромофор.

Эти два элементы необходимы данной технологии для имитирования природного механизма самовосстановления: молекулярное распознавание и термодинамическая долговременная стабильность, или способность системы постоянно разрушаться и снова собираться.

Исследование является продолжением работы, которую Чой проводил совместно с учеными из Массачусетского института технологий и Университета Иллинойса. В более раннем исследовании применялся биологический хромофор, взятый у бактерий.

Однако, по словам Чоя, использовать природный хромофор трудно, его необходимо собрать с бактерий и изолировать от них, а этот процесс слишком дорогой для воспроизведения в промышленных масштабах. И потому вместо биологического хромофора исследователи решили применять синтетический, созданный из красителей под названием «порфирины».