Nästa generations solceller som efterliknar fotosyntes med biologiskt material kan ge termen "grön teknik" en ny mening. Genom att tillsätta proteinbakteriorhodopsin (bR) till perovskitesolceller ökade enheternas effektivitet i en serie laboratorietester, enligt ett internationellt team av forskare.

"Dessa fynd öppnar dörren för utvecklingen av ett billigare, mer miljövänlig bioperovskit solcellsteknik, "sa Shashank Priya, associerad vice president för forskning och professor i materialvetenskap vid Penn State. "I framtiden, vi kan i princip ersätta några dyra kemikalier inuti solceller med relativt billigare naturmaterial. "

Perovskit solceller, uppkallad efter sina unika kristallstrukturer som utmärker sig för att absorbera synligt ljus, är ett område med intensiv forskning eftersom de erbjuder ett mer effektivt och billigare alternativ till traditionell kiselbaserad solteknik.

De mest effektiva perovskitsolcellerna kan omvandla 22 till 23 procent av solljuset till elektricitet. Forskarna fann att tillsats av bR -proteinet till perovskitsolceller förbättrade enheternas effektivitet från 14,5 till 17 procent. De rapporterade sina fynd i American Chemical Society journal ACS -tillämpade material och gränssnitt .

Forskningen representerar första gången forskare har visat att biologiska material som tillsätts perovskitsolceller kan ge hög effektivitet. Framtida forskning kan resultera i ännu effektivare bioperovskitmaterial, sa forskarna.

"Tidigare studier har uppnått 8 eller 9 procents effektivitet genom att blanda vissa proteiner inuti solcellstrukturer, "sa Priya, medförfattare till studien. "Men ingenting har kommit nära 17 procent. Dessa fynd är mycket signifikanta."

Kommersiella soluppställningar består av hundratals eller tusentals enskilda solceller, så även små förbättringar av effektiviteten kan leda till verkliga besparingar, enligt forskarna.

Efterliknar naturen

Rita på naturen, forskarna försökte ytterligare förbättra prestandan för perovskitsolceller genom Förster Resonance Energy Transfer (FRET), en mekanism för energiöverföring mellan ett par fotokänsliga molekyler.

"FRET -mekanismen har funnits länge, "sade Renugopalakrishnan Venkatesan, professor vid Northeastern University och Boston Children's Hospital, Harvard Universitet, och medförfattare till studien. "Det verkar ligga till grund för fotosyntesen och kan hittas i tekniker som trådlös överföring av energi, och även i djurvärlden som en kommunikationsmekanism. Vi använder denna mekanism för att försöka skapa en värld av bioinspirerade system som har potential att överträffa antingen oorganiska eller organiska molekyler. "

BR -proteinerna och perovskitmaterialen har liknande elektriska egenskaper, eller bandgap. Genom att anpassa dessa luckor, forskarna antog att de kunde uppnå bättre prestanda i perovskit -solceller genom FRET -mekanismen.

"Solceller fungerar genom att absorbera ljusenergi, eller fotonmolekyler och skapa elektronhålspar, "sa Subhabrata Das, som deltog i forskningen medan han var doktorand vid Columbia University. "Genom att skicka elektronerna och hålen i motsatta riktningar, solceller genererar en elektrisk ström som förvandlas till elektricitet. "

Dock, en viss procent av elektronhålsparen rekombineras, minska mängden ström som produceras. Blandning av bR-proteinet i perovskit-solceller hjälpte elektronhålspar att bättre röra sig genom enheterna, minska rekombinationsförluster och öka effektiviteten, sa forskarna.

Resultaten kan potentiellt få större konsekvenser, som leder till design av andra hybridanordningar där konstgjorda och biologiska material fungerar tillsammans, enligt forskarna.