Фотосинтез – дело будущего
Полученный недавно синтетический аналог хлорофилла позволяет говорить о скором создании органических солнечных батарей, работающих подобно растениям, намного более дешевых и эффективных, чем их кремниевые предшественники.

Нанометки для молекул

Солнечный свет – замечательный источник энергии, однако использовать его в промышленных масштабах человечество пока не научилось. КПД существующих кремниевых батарей не превышает 12%, при этом они дороги и грязны в производстве и не слишком удобны в использовании. Между тем миллиарды лет назад природа уже научилась использовать даровое излучение для своих нужд – благодаря фотосинтезу растения эффективно используют до 40% падающего на них света.

Нанояды

Если говорить очень упрощенно, механика этого процесса такова. Молекулы хлорофилла, в избытке содержащиеся в обычной листве, преобразуют энергию света в электрический потенциал, впоследствии переводя его энергию в энергию химических связей. Ключевую роль в этом процессе играет порфирин – чрезвычайно широко распространенный в природе пигмент, при фотосинтезе играющий роль «уловителя» фотонов, преобразующего кванты света в свободные электроны. Другими словами, порфирин вырабатывает электрический потенциал. Таким образом, чтобы создать органическую солнечную батарею, достаточно просто повторить этот процесс, не переводя энергию в химические соединения. Именно это и удалось команде исследователей из Сиднейского университета.

Новый способ накормить весь мир

Ученым получили искусственный аналог хлорофилла, который успешно справляется с преобразованием света в электроэнергию. По форме новая молекула больше всего напоминает футбольный мяч, покоящийся на разветвленной системе полимерных нитей из углерода, водорода и азота. Собственно сам мяч весьма похож на порфирин: содержащиеся в нем сферические углеродные комплексы улавливают кванты света и высвобождают поглощенную энергию в виде электронов.

Эволюция и онкология

Говорит руководитель проекта, профессор Макс Кроссли (Max Crossley): «То, что мы рассчитываем получить в конце концов, будет напоминать краску, которой вы сможете покрасить, например, крышу своего дома – с тем, чтобы полностью обеспечить все его энергетические потребности». Исследователи также намереваются разработать органические аккумуляторы, способные стать более эффективной и дешевой заменой традиционным химическим батареям.

Небесные камни

Однако на пути к главной цели – разработке дешевых и эффективных солнечных батарей из органических компонентов – ученым еще предстоит преодолеть целый ряд трудностей. Во-первых, чтобы обеспечить эффективное поглощение фотонов поверхностью, рабочих молекул должно быть очень-очень много, в то время как до сих пор их удавалось получать лишь в единичных экземплярах. Во-вторых, их нужно будет по возможности уменьшить и объединить в прочную, но вместе с тем довольно рыхлую массу, чтобы излучение могло проходить во внутренние слои поглощающего покрытия, иначе отдача энергии на выходе будет не слишком высокой.

Дым над водой

По публикации News in Science

Бездушное пространство

Ледяные реки Марса