|
Solarna energija na viruse - korištenjem virusa do poboljšanja solarnih ćelija
U solarnim ćelijama sunčeva svjetlost pada na materijal koji upija svjetlost, uzrokujući oslobađanje elektrona koji se mogu iskoristiti za proizvodnju električne struje.
Novi istraživanje na poznatom američkom institutu MIT, objavljeno u časopisu Nature Nanotechnoly, temelji se na otkrićima da ugljikove nanocjevčice - mikroskopski šuplji cilindri od čistog ugljika - mogu poboljšati učinkovitost prikupljanja elektrona na površini solarnih ćelija. Prethodni pokušaji da se koriste nanocjevčice, međutim, bili su osujećeni zbog dva problema. Prvo, proizvodnja ugljikovih nanocjevčica općenito dovodi do mješavine dvije vrste, od kojih neki djeluju kao poluvodiči (koji ponekad dopuštaju protok električne struje, ponekad ne) ili metali (koji se ponašaju kao žice, dopuštajući laki protok struje).
Nova istraživanja su po prvi put pokazala da se učinci ovih dviju vrsta materijala razlikuju, jer poluvodičke nanocijevi mogu poboljšati rad solarnih ćelija, ali one metalne imaju suprotan učinak. Drugo, nanocjevčice imaju tendenciju da se gomilaju zajedno, što smanjuje njihovu učinkovitost. A to je mjesto gdje virusi dolaze da spase stvar. Studenti Xiangnan Dang i Hyunjung Yi – koji rade s Angelom Belcher i nekoliko drugih istraživača - otkrili su da se genetski modificirana verzija virusa nazvana M13, kojim se obično inficiraju bakterije, može koristiti za kontrolu rasporeda nanocijevi na površini, čuvajući cijevi odvojene tako da ne mogu napraviti kratki spoj niti se gomilati. Znanstvenici su testirali tip solarne ćelije poznate kao termo-osjetljiva solarna ćelija. To je lagana i jeftina ćelija kod koje se aktivni sloj sastoji od titan dioksida, umjesto silicija koji se koristi u konvencionalnim solarnim ćelijama.
No, ista se tehnika mogla primijeniti i na druge vrste, uključujući i kvantne i organske solarne ćelije, kažu istraživači. U svojim su testovima, dodajući strukture izgrađene pomoću virusa, poboljšali efikasnost pretvorbe energije sa 8 na 10,6 % - što je poboljšanje gotovo za jednu trećinu. Ovo se dramatično poboljšanje odvija iako virusi i nanocijevi čine samo 0,1 % mase gotovih ćelija. "Malo biologije vodi daleko", kaže Belcher. Uz daljnji rad, znanstvenici misle da mogu podići učinkovitost čak i više. Virusi se koriste kao pomoć u poboljšanju jednog određenog koraka u procesu pretvaranja sunčeve svjetlosti u električnu energiju.
U solarnoj ćeliji, prvi je korak prema energiji svjetlosti izbiti i osloboditi elektrone iz materijala solarnih ćelija (najčešće silicija), a zatim ih se treba usmjeriti prema kolektoru, odakle se može dobiti struja za punjenje baterija ili naponskog uređaja. Nakon toga, elektroni se vraćaju na izvorni materijal, pa ciklus može započeti ponovno. Novi sustav je namijenjen za poboljšanje učinkovitosti drugog koraka, koji pomaže da elektroni pronađu svoj put. Dodavanjem ugljikovih nanocijevi na ćeliju "pruža se izravniji put do strujnog kolektora ", kaže Belcher. Virusi zapravo izvode dvije različite funkcije u tom procesu.
Prvo, oni imaju kratke proteine zvane peptidi koji se mogu vezati čvrsto na ugljikove nanocijevi, da ih drže na mjestu i održe odvojene jedne od drugih. Svaki virus može držati 5 do 10 nanocijevi, od kojih se svaka održava čvrsto na svom mjestu pomoću 300 peptidnih molekula virusa. Osim toga, virus služi i za proizvodnju premaza titan dioksida (TiO2), ključnog sastojka za termo-solarne ćelije, preko svake od navedenih nanocijevi. Isti virus obavlja te dvije funkcije u slijedu, a njegova se djelatnost "prebacuje" od jedne funkcije na drugu promjenom kiselosti okruženja. Ova značajka prebacivanja je važna nova mogućnost koja je pokazana po prvi put u ovom istraživanju, kaže Belcher.
|
Prijavite se
Registruj se
FAQ
Pretraga
