(PhysOrg.com) - Forskare skapar en ny typ av solceller designade för att självreparera som naturliga fotosyntetiska system i växter genom att använda kolnanorör och DNA, ett tillvägagångssätt som syftar till att öka livslängden och minska kostnaderna.

"Vi har skapat artificiella fotosystem som använder optiska nanomaterial för att skörda solenergi som omvandlas till elektrisk kraft, sa Jong Hyun Choi, en biträdande professor i maskinteknik vid Purdue University.

Designen utnyttjar de ovanliga elektriska egenskaperna hos strukturer som kallas enkelväggiga kolnanorör, använder dem som "molekylära ledningar i ljusuppsamlande celler, sa Choi, vars forskargrupp är baserad på Birck Nanotechnology och Bindley Bioscience centers i Purdue's Discovery Park.

"Jag tror att vårt tillvägagångssätt erbjuder löften för industrialisering, men vi är fortfarande i grundforskningsstadiet, " han sa.

Fotoelektrokemiska celler omvandlar solljus till elektricitet och använder en elektrolyt – en vätska som leder elektricitet – för att transportera elektroner och skapa ström. Cellerna innehåller ljusabsorberande färgämnen som kallas kromoforer, klorofyllliknande molekyler som bryts ned på grund av exponering för solljus.

"Den kritiska nackdelen med konventionella fotoelektrokemiska celler är denna nedbrytning, " sa Choi.

Den nya tekniken övervinner detta problem precis som naturen gör:genom att kontinuerligt ersätta de fotoskadade färgämnena med nya.

"Denna sorts självförnyelse görs i växter varje timme, " sa Choi.

Det nya konceptet kan möjliggöra en innovativ typ av fotoelektrokemisk cell som fortsätter att fungera med full kapacitet på obestämd tid, så länge nya kromoforer tillsätts.

Resultaten presenterades i en novemberpresentation under International Mechanical Engineering Congress and Exhibition i Vancouver. Konceptet avslöjades också i en onlineartikel på webbplatsen för SPIE, ett internationellt samhälle för optik och fotonik.

Talet och artikeln skrevs av Choi, doktoranderna Benjamin A. Baker och Tae-Gon Cha, och studenterna M. Dane Sauffer och Yujun Wu.

Kolnanorören fungerar som en plattform för att förankra DNA-strängar. DNA:t är konstruerat för att ha specifika sekvenser av byggstenar som kallas nukleotider, gör det möjligt för dem att känna igen och fästa vid kromoforerna.

"DNA:t känner igen färgämnesmolekylerna, och sedan monteras systemet spontant själv, " sa Choi

När kromoforerna är redo att bytas ut, de kan avlägsnas genom att använda kemiska processer eller genom att lägga till nya DNA-strängar med olika nukleotidsekvenser, sparkar igång de skadade färgämnesmolekylerna. Nya kromoforer skulle sedan läggas till.

Två element är avgörande för att tekniken ska efterlikna naturens självreparationsmekanism:molekylär igenkänning och termodynamisk metastabilitet, eller systemets förmåga att kontinuerligt lösas upp och återmonteras.

Forskningen är en förlängning av arbetet som Choi samarbetat med forskare vid Massachusetts Institute of Technology och University of Illinois. Det tidigare arbetet använde biologiska kromoforer tagna från bakterier, och resultaten beskrevs i en forskningsartikel som publicerades i november i tidskriften Naturkemi .

Dock, att använda naturliga kromoforer är svårt, och de måste skördas och isoleras från bakterier, en process som skulle vara dyr att reproducera i industriell skala, sa Choi.

"Så istället för att använda biologiska kromoforer, vi vill använda syntetiska gjorda av färgämnen som kallas porfyriner, " han sa.