Как сообщает gazeta.ru со ссылкой на статью в Advanced Materials, cоздана шпинатовая солнечная батарея, превращающая свет в электричество намного эффективнее существующих биогибридных устройств сходного типа. Фотоэлемент, созданный американскими химиками из Университета Вандербильтат, получился в результате соединения кремния и белка шпината, участвующего в фотосинтезе.
Белок называется PS1 и он действительно уникален. Открыт он был более сорока лет назад и сразу привлек к себе внимание тем, что, даже будучи изолирован, продолжает превращать солнечный свет в электрическую энергию, причем делает это почти со стопроцентным КПД. Напомним, что даже сегодня КПД самых продвинутых фотоэлементов не превышает 40 процентов. Дополнительным преимуществом фотоэлементов на основе PS1 была их дешевизна: для их изготовления не потребовались бы такие дорогостоящие материалы, как платина или индий.
Первые попытки использовать белок PS1 для получения электричества были предприняты ещё сорок лет назад, причём во многих лабораториях мира. Проблема оказалась не из легких, так как в качестве фотоэлемента PS1 не выдерживал критики. Во-первых, получаемое с его помощью электричество сильно уступало в мощности коммерческим фотоэлементам. Во-вторых, белок распадался уже через пару недель работы.
С этой второй проблемой группе из Университета Вандербильта удалось частично справиться еще в 2010 году. Тогда им удалось создать шпинатовую солнечную батарею, способную работать до девяти месяцев. По словам Дэвида Клиффела (David E. Cliffel), учёные никогда не сомневались, что можно создать солнечную батарею с более впечатляющим сроком службы, надо только следовать за природой. Ведь в вечнозеленых растениях такой белок живет годами, и исследователям оставалось только понять, как это делается.
Теперь же вандербильтовской группе удалось наладить контакт PS1 с кремнием до такой степени, что уже появилась возможность говорить о коммерческом будущем новой солнечной батареи. Новый фотоэлемент производит ток, почти в тысячу раз превышающий то, что ранее удавалось получить, соединяя этот белок с различными металлами. Новый шпинатовый фотоэлемент позволяет снимать с одного квадратного сантиметра ток величиной 850 микроампер при напряжении 0,3 вольта. Секрет успеха заключается в присадках, меняющих электрические свойства кремниевой подложки.
Выяснилось, что PS1 предпочитает кремний, поверхность которого заряжена положительно. Чтобы создать из этой комбинации солнечную батарею, ученые выделяли белок из листьев шпината, растворяли его в воде и обливали этим раствором кремниевую подложку. Затем они помещали ее в вакуумную камеру, где вода испарялась, оставляя на поверхности кремния тонкую белковую пленку. Методом проб и ошибок было выяснено, что оптимальная толщина этой пленки должна составлять около микрона.
PS1 встречается отнюдь не только в шпинате, это универсальный протеин. Группа Клиффела, например, уже планирует поэкспериментировать с PS1, выделенным из бобового растения кудзу.
