Натуральное электричество

Полученный недавно синтетический аналог хлорофилла позволяет говорить о скором создании органических солнечных батарей, работающих подобно растениям, намного более дешевых и эффективных, чем их кремниевые предшественники.

Солнечный свет – замечательный источник энергии, однако использовать его в промышленных масштабах человечество пока не научилось. КПД существующих кремниевых батарей не превышает 12%, при этом они дороги и грязны в производстве и не слишком удобны в использовании. Между тем миллиарды лет назад природа уже научилась использовать даровое излучение для своих нужд – благодаря фотосинтезу растения эффективно используют до 40% падающего на них света.

Если говорить очень упрощенно, механика этого процесса такова. Молекулы хлорофилла, в избытке содержащиеся в обычной листве, преобразуют энергию света в электрический потенциал, впоследствии переводя его энергию в энергию химических связей. Ключевую роль в этом процессе играет порфирин – чрезвычайно широко распространенный в природе пигмент, при фотосинтезе играющий роль «уловителя» фотонов, преобразующего кванты света в свободные электроны. Другими словами, порфирин вырабатывает электрический потенциал. Таким образом, чтобы создать органическую солнечную батарею, достаточно просто повторить этот процесс, не переводя энергию в химические соединения. Именно это и удалось команде исследователей из Синдейского университета.

Ученым получили искусственный аналог хлорофилла, который успешно справляется с преобразованием света в электроэнергию. По форме новая молекула больше всего напоминает футбольный мяч, покоящийся на разветвленной системе полимерных нитей из углерода, водорода и азота. Собственно сам мяч весьма похож на порфирин: содержащиеся в нем сферические углеродные комплексы улавливают кванты света и высвобождают поглощенную энергию в виде электронов.

Говорит руководитель проекта, профессор Макс Кроссли (Max Crossley): «То, что мы рассчитываем получить в конце концов, будет напоминать краску, которой вы сможете покрасить, например, крышу своего дома – с тем, чтобы полностью обеспечить все его энергетические потребности». Исследователи также намереваются разработать органические аккумуляторы, способные стать более эффективной и дешевой заменой традиционным химическим батареям.

Однако на пути к главной цели – разработке дешевых и эффективных солнечных батарей из органических компонентов – ученым еще предстоит преодолеть целый ряд трудностей. Во-первых, чтобы обеспечить эффективное поглощение фотонов поверхностью, рабочих молекул должно быть очень-очень много, в то время как до сих пор их удавалось получать лишь в единичных экземплярах. Во-вторых, их нужно будет по возможности уменьшить и объединить в прочную, но вместе с тем довольно рыхлую массу, чтобы излучение могло проходить во внутренние слои поглощающего покрытия, иначе отдача энергии на выходе будет не слишком высокой.