Samoskładające się ogniwa fotowoltaiczne

Systemy przechwytywania światła mogą być niszczone właśnie przez światło. Spada wtedy efektywność działania solarów. Naukowcom z MIT udało się opracować technologię samoskładania i powtarzalnych cykli montażu - demontażu światłoczułych komórek. Tu nie ma mowy o obniżeniu efektywności działania ogniw fotowoltaicznych.

Wynalazcy nie musieli daleko szukać inspiracji. Rozwiązanie znaleźli w świecie roślin. Okazało się, że panele słoneczne mogą pracować lepiej, a efektywność ich działania może być dużo bardziej stabilna, jeśli zastosuje się system, który już od milionów lat z powodzeniem sprawdza się w procesie fotosyntezy.

Rośliny poradziły sobie ze spadkiem efektywności działania systemów fotosyntetycznych przez ciągły rozkład i ponowne składanie tworzących je elementów. Rozpad białkowych cząstek zaangażowanych w fotosyntezę zachodzi pod wpływem wytwarzanych podczas procesu reaktywnych form tlenu. Później te same elementy zaczynają się organizować w struktury, które niczym nie odbiegają od tych, które uległy rozpadowi. Proces rozpadu białek i ich ponownej organizacji zachodzi w chloroplastach – składnikach komórek odpowiedzialnych za przeprowadzenie fotosyntezy.

System wynaleziony przez pracowników MIT działa podobnie. Dodatkowo wykorzystuje nanocząstki. Uczeni wytworzyli fosfolipidowe dyski, w których znajdują się światłoczułe elementy białkowe – rzeczywiste centra pobierania energii świetlnej. Fosfolipidowe „platformy” z białkowymi centrami pod wpływem światła spontanicznie i samodzielnie przyłączają się do węglowych nanorurek. Te ostatnie stabilizują zaś całą aktywną fotowoltaicznie strukturę. Biorą też udział w przechwytywaniu i przesyłaniu energii.

Brak światła wpływa na spadek efektywności działania całej konstrukcji, ponieważ platformy energetyczne zaczynają się rozpadać. Pojawienie się światła prowadzi do ponownej samoorganizacji cząstek.

I tak – nieco paradoksalnie - stabilność efektywności uzyskano dzięki zdestabilizowaniu budowy elementów odpowiedzialnych za przechwytywanie światła i jego konwersję do energii elektrycznej.

Naukowcom zaangażowanym w budowę samoorganizujących się baterii słonecznych udało się utrzymać efektywność pracy ogniw fotowoltaicznych na stałym poziomie przez 14 godzin trwania eksperymentu. System montażu-demontażu oparty na roślinnym okazał się bardzo skuteczny.

Większa wydajność pracy paneli słonecznych i niższe koszty ich wytworzenia – to teoretyczne plusy wdrożenia nowego systemu. Teoretyczne, ponieważ jak na razie dzięki zastosowaniu opisywanej technologii udało się uzyskać wprawdzie naprawdę dobrą, stałą wydajność pracy ogniw fotowoltaicznych, ale bardzo mało energii elektrycznej.

Źródło: Sciencecodex