Биогибридный солнечный элемент - Biohybrid solar cell

А биогибридный солнечный элемент это солнечная батарея сделано с использованием комбинации органических веществ (фотосистема I ) и неорганические вещества. Биогибридные солнечные элементы были созданы группой исследователей из Университет Вандербильта.^[1] Команда использовала фотосистему I (фотоактивный белковый комплекс, расположенный в тилакоидная мембрана ) воссоздать естественный процесс фотосинтез для повышения эффективности преобразования солнечной энергии. Эти биогибридные солнечные элементы представляют собой новый тип Возобновляемая энергия.^[2][3]

Описание

Многослойная фотосистема. Я собираю фотонную энергию, преобразую ее в химическую энергию и создаю ток, который проходит через клетку. Сама ячейка состоит из многих из тех же неорганических материалов, которые встречаются в других солнечных элементах, за исключением введенных комплексов фотосистемы I, которые вводятся и собираются в течение нескольких дней в слое золота. Через несколько дней фотоситема I становится видимой и выглядит как тонкая зеленая пленка. Именно эта тонкая пленка помогает и улучшает преобразование энергии. Однако биогибридная клетка все еще находится на стадии исследования.

Исследование

Команда из Университета Вандербильта начала проводить исследования фотосинтеза, когда они увидели и сосредоточились на белке фотосистемы I. Увидев, насколько широко доступен и эффективен этот белок в солнечном преобразовании, они начали искать возможности включения и улучшения различных технологий. Команда использовала шпинат в качестве источника для фотосистемы I. Тилакоидные мембраны были изолированы, а затем прошли процесс очистки, чтобы отделить фотосистему I от тилакоидной мембраны. Их исследования привели к значительному увеличению электрического тока (в 1000 раз больше) по сравнению с предыдущими, производимыми другими солнечными элементами. Команда собирает группу студентов-инженеров, чтобы помочь построить первый прототип биогибридного солнечного элемента. Команда также разработала второй дизайн белкового комплекса - фотосистемы II.

Фотоэлектрические и биогибридные

Сравнивать традиционные фотоэлектрические элементы и биогибридные солнечные элементы сложно. Обе системы выполняют одну и ту же задачу по преобразованию в электричество энергии солнечных лучей. Однако метод, с помощью которого все делается, совершенно разный. Конечный результат также отличается: фотоэлектрические элементы производят электрический ток, тогда как биомасса или химическое топливо производятся в биогибридных ячейках, потому что фотосинтез участвует в этом процессе.^[4]

Преимущества

Самым большим преимуществом биогибридных солнечных элементов является то, что они преобразуют солнечную энергию в электричество с почти 100% -ной эффективностью. Это означает, что при преобразовании химической энергии в электрическую теряется очень мало энергии. Эти цифры великолепны по сравнению с КПД традиционных солнечных элементов всего 40%. Стоимость производства биогибридов также намного ниже, поскольку извлечение белка из шпината и других растений дешевле по сравнению со стоимостью металлов, необходимых для производства других солнечных элементов.

Недостатки

Хотя эффективность биогибридных клеток намного выше, они также имеют много недостатков. Во многих случаях некоторые солнечные элементы имеют некоторые преимущества перед биогибридными солнечными элементами. Во-первых, традиционные солнечные элементы производят больше энергии, чем те, которые в настоящее время достигаются биогибридными элементами. Срок службы биогибридных солнечных элементов также очень короток, от нескольких недель до девяти месяцев. Долговечность элементов оказывается проблемой, по сравнению с нынешними солнечными элементами, которые могут работать в течение многих лет.^[5][6]

использованная литература

1. «Мощность шпината значительно выросла».
2. Цесельская, Петр Н; Фредерик М. Хиджазиб; Аманда М. Скотт; Кристофер Дж. Фолкнер; Лиза Бирд; Кевин Эммет; Сандра Дж. Розенталь; Дэвид Клиффель; Г. Кейн Дженнингс (май 2010 г.). "Фотосистема I - биогибридные фтоэлектрохимические клетки на основе". Биоресурсные технологии. 101 (9): 3047–3053. Дои:10.1016 / j.biortech.2009.12.045. PMID  20064713.
3. Ехезкели, Омер; Ран Тел-Веред; Джулиан Вассерман; Александр Трифонов; Дорит Михаэли; Рахиль Нечуштай; Итамар Виллнер (13 марта 2012 г.). «Интегрированные фотоэлектрохимические ячейки на основе фотоситема II». Nature Communications. 3: 742. Дои:10.1038 / ncomms1741. PMID  22415833.
4. blankenship, Роберт Э. (13 мая 2011 г.). «Сравнение фотосинтетической и фотоэлектрической эффективности и признание потенциала для улучшения». Наука. 332 (6031): 805–809. Дои:10.1126 / science.1200165. PMID  21566184.
5. Биогибридные солнечные элементы, созданные группой исследователей из Университета Вандербильта.
6. ссылка на биогибридный солнечный элемент 2