По словам международной группы исследователей, добавление белка бактериородопсина (bR) в фотоэлементы на основе перовскита позволило повысить их эффективность в серии лабораторных испытаний.
«Эти результаты открывают двери для разработки более дешевой, более экологически чистой технологии производства биоперовскитовых фотоэлементов», — сказал Шашанк Прия, заместитель вице-президента по исследованиям и профессор материаловедения из Университета штата Пенсильвания, США. «В будущем мы можем существенно заменить некоторые дорогостоящие химические вещества внутри фотоэлементов на относительно более дешевые природные материалы».
Самые эффективные современные перовскитные фотоэлементы могут преобразовывать от 22 до 23% солнечного света в электроэнергию. Исследователи обнаружили, что добавление белка bR повышает эффективность перовскитных фотоэлементов на 14,5 — 17%. О своих выводах они сообщили в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces.
Исследователям удалось впервые продемонстрировать, что введение биоматериалов улучшает эффективность. Будущие исследования могут привести к еще более эффективным биоперовскитным материалам, считают исследователи.
«Ранее, вводя белки в фотоэлементы, мы добивались повышения эффективности на 8-9%», — сказал Прия, соавтор исследования. – «Но мы ни разу не приближались к 17%. Эти результаты имеют большое значение».
По оценкам исследователей, коммерческие солнечные электростанции состоят из сотен или тысяч отдельных фотоэлементов, поэтому даже небольшое повышение эффективности может привести к реальному повышению выработки.
Опираясь на природу, исследователи модифицировали перовскитные фотоэлементы, использовав Фёрстеровский резонансный перенос энергии (ФРПЭ) (Förster Resonance Energy Transfer (FRET), механизм передачи энергии между парой светочувствительных молекул.
«Механизм FRET известен уже давно», — сказал Ренугопалакришнан Венкатесан, профессор Северо-Восточного университета и Бостонской детской больницы Гарвардского университета, и соавтор исследования. «Похоже, что он является основой фотосинтеза, и его можно найти в таких технологиях, как беспроводная передача энергии, и даже в мире животных в качестве механизма общения. Мы используем этот механизм, чтобы попытаться создать мир био-вдохновленных систем, которые могут превзойти неорганические или органические молекулы».
Белки bR и перовскитные материалы имеют сходные электрические свойства или запрещенные зоны. Ученые предположили, что, выровняв эти зоны, они могут с помощью механизма FRET достичь лучшей производительности в перовскитных фотоэлементах.
«Фотоэлементы работают, поглощая световую энергию или молекулы фотонов и создавая пары электрон-дырка», — сказал Субхабрата Дас, который участвовал в исследовании, будучи докторантом в Колумбийском университете. «Посылая электроны и дыры в противоположных направлениях, фотоэлементы генерируют электрический ток, который превращается в электроэнергию».
Тем не менее, определенный процент электронно-дырочных пар воссоединяется, уменьшая количество производимого тока. По словам ученых, добавление белка bR в фотоэлементы на основе перовскита улучшает проход электронно-дырочных пар, уменьшая потери из-за рекомбинации и повышая эффективность.
По словам исследователей, результаты могут иметь более серьезные последствия, что приведет к разработке новых гибридных фотоэлементов, в которых искусственные и биологические материалы будут работать вместе.
Источник: https://compoundsemiconductor.net/article/109152/Perovskite_plus_Bio_material_boosts_solar_cell_performance