Растения умеют делать то, что ученые и инженеры пытаются повторить на протяжении десятилетий: длительное время преобразовывать солнечный свет в запасенную энергию. Наконец ученым Массачусетского технологического института удалось скопировать один из ключевых этапов этого процесса.

Одна из проблем использования солнечных лучей в том, что они могут разрушать многие материалы. Солнечный свет приводит к постепенной деградации фотоэлементов, что серьезно осложняет использование Солнца как дешевого источника энергии.

После удаления поверхностно-активного вещества, «суп» из семи компонентов самостоятельно организуется в фотоэлемент.

Растения имеют уникальный защитный механизм — они постоянно разрушают захватывающие свет молекулы и снова объединяют их для повторения цикла производства энергии. Обновляясь примерно каждые 45 минут, растительные «солнечные панели» фактически все время остаются новыми. Именно этот механизм и скопировали американские ученые. Они создали особый материал из самособирающихся молекул, которые могут превращать солнечный свет в электричество и при этом легко «разбираются и собираются», позволяя при этом вносить в систему дополнительные модификации. Одна из долгосрочных целей исследователей — найти пути для имитации природных механизмов с помощью нанотехнологий. Для своего опыта ученые использовали синтетические дискообразные молекулы фосфолипидов. Они обеспечивают структуру для других молекул, реагирующих на свет, которые формируют структуры, называемые реакционными центрами. Эти центры реагируют на свет и выделяют электроны от ударов фотонами. Диски помещаются в раствор, где они соединяются с углеродными нанотрубками, которые «собирают» электроны и проводят их к потребителю. В общей сложности система состоит из 7 различных соединений, в том числе углеродных нанотрубок, фосфолипидов, белков, входящих в состав реакционных центров. Все это при благоприятных условиях может самоорганизовываться в светособирающую структуру, производящую электрический ток.

В ходе опытов ячейка новой солнечной батареи в течение 14 часов успешно прошла через повторяющиеся циклы сборки и разборки без потери эффективности. Пока еще предстоит выяснить долговечность новой «растительной» панели, но перспективы впечатляют. Обычные кремниевые фотоэлектрические элементы практически не деградируют со временем, но их КПД оставляет желать лучшего. В то же время многие перспективные и более эффективные технологии уже через 60 часов демонстрируют падение эффективности преобразования на 10%. Новые самособирающиеся молекулярные структуры инженеров из MIT показывают КПД около 40% — почти в два раза выше лучших современных коммерческих панелей — и теоретически его можно поднять почти до 100%.