Efektyvesni saulės elementai – iš virusų

Mokslininkai jau žinojo, jog iš grafeno lakštų susukti anglies nanovamzdeliai pasižymi savybe padidinti fotogalvaninių elementų efektyvumą. Idealiausia būtų, jei nanovamzdeliai surinktų didesnį kiekį nuo saulės elemento paviršiaus „atšokančių“ elektronų, kuriuos būtų galima naudoti elektros srovės generavimui.

Tačiau šioje vietoje susiduriama su tam tikrais keblumais. Anglies nanovamzdeliai yra dviejų rūšių – funkcionuoja arba kaip puslaidininkiai, arba kaip laidininkai, o šios būsenos, kaip paaiškėjo tyrimo metu, nanokonstrukcijoms suteikia skirtingų savybių. Maža to, nanovamzdeliai pasižymi polinkiu sušokti į gniutulus, o tai mažina jų efektyvumą.

MIT tyrėjai atrado, jog bakterijas atakuojantis virusas M13 nemažą dalį minėtų techninių trikdžių eliminuoja ir tokiu būdu efektyvina nanovamzdelių veikimą. Išradimo autoriai aiškina, jog virusas M13 turi prie anglies nanovamzdelių prisitvirtinančių peptidų, neleidžiančių vamzdeliams deformuotis. Vienas virusas, išnaudodamas maždaug 300 baltyminių molekulių, pajėgia aprėpti nuo penkių iki dešimties nanovamzdelių.

Be to, viruso genomas buvo modifikuotas taip, jog gamintų titano dioksido sluoksnį, kuris yra esminė Gretzelio baterijos elemento (dar žinomo šviesai jautraus baterijos elemento pavadinimu) sudedamoji dalis. Šio tipo elementuose titano dioksidas naudojamas vietoj silicio – už šį išradimą autorius Maiklas Gretzelis (Michael Grätzel) pernai buvo apdovanotas Tūkstantmečio technologijos prizu.

Dar vienas virusų privalumas – jie nanovamzdeliams suteikia tirpumo vandenyje savybių. Tai sudaro sąlygas paprasčiau juos įdiegti į saulės elementus darbuojantis kambario temperatūroje, taip sumažinant elementų gamybos kaštus.

Kaip skirtingos nanovamzdelių atmainos siejasi su saulės elemento efektyvumu? Paaiškėjo, jog puslaidininkio savybėmis pasižymintys nanovamzdeliai efektyvina saulės elementų veiksmingumą, o nanovamzdeliai-laidininkai pasižymi kaip tik priešingu efektu. Šis pastebėjimas pravers projektuojant efektyvesnius nanoelementus, pjezoelektrines ar kitas su energija susijusias medžiagas.

MIT mokslininkai teigia, jog virusų pagrindų suprojektuotos struktūros, sudarančios ne daugiau 0,1 proc. baterijos svorio, saulės elementų konversinį efektyvumą padidina maždaug trečdaliu – nuo 8 iki 10,6 proc. Idėjos autoriai tikisi, jog tolesnių tyrimų metu virusinę sistemą bus galima ištobulinti ir tokiu būdu dar labiau padidinti saulės elementų efektyvumą.