Повысить эффективность солнечных элементов с помощью генно-инженерного вируса - Гранит науки - 2015-10-23

В статье, которую опубликовали в журнале Nature Materials специалист по квантовой физике теоретик Сет Ллойд (Seth Lloyd) и биоинженер-экспериментатор Ангела Белхер (Angela Belcher) описана возможность увеличения потока экситонов с помощью генно-инженерного вируса. Экситоны - квазичастицы, квантово-связанные пары электронов и дырок, образующиеся, в частности, при поглощении света полупроводниками и перемещающиеся по нему как единая частица. Перемещение этого экситонного состояния сопровождается переносом энергии. Весной этого года ученые из Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) сообщали о гибридной системе искусственного фотосинтеза, в которой экситоны, возникающие в полупроводниковых нанопроволоках, обеспечивали производство углеводородов бактериями за счет солнечной энергии. Представляемая сейчас работа, в которой ключевую роль играет модифицированный вирус (М13), направлена на оптимизацию транспорта энергии через органические материалы, например, органические солнечные элементы. При производстве энергии в природном процессе фотосинтеза фотон, частица света, производит экситон, попадая на рецептор - хромофор – группу атомов, способную поглощать электромагнитное излучение. Экситон передается с одного хромофора на другой, пока не достигнет центра реакции, в которой производится богатая энергией молекула. Эффективность продвижения эскитона зависит от расположения хромофор, точнее, от расстояния между ними.

В искусственном фотосинтезе, который проводили Ллойд и Белхер, для упорядочения рецепторов квазичастиц использовали вирус, модифицированный синтетическими хромофорами, в данном случае – органическими красителями, которые находились на его поверхности. Авторы манипулировали множеством вариантов такого «нагруженного» вируса, которые различались расстоянием между синтетическими рецепторами, что позволило им выбрать оптимальный, при котором скорость прохождения экситона увеличилась более чем вдвое при увеличении расстояния между хромофорами. Как отмечает издание Tech Times, возможность контролировать экситонные системы – цель многих исследователей в области создания полупроводниковых приборов. Работа Ллойда и Белхер демонстрирует фундаментальные основы контроля потока экситонов. Начало квантово-биоинженерному проекту двух ученых из MIT положила случайная встреча на конференции в Италии. Оказавшись на дискуссии после выступления Белхер, Ллойд задумался о возможности использования вирусов для демонстрации квантовых эффектов. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».