Wirus ulepsza ogniwa słoneczne

Badania nad zwiększeniem wydajności ogniw słonecznych ciągle trwają, a uczeni z MIT-u postanowili zaprząc do pomocy... wirusy. W Nature Nanotechnology opublikowali artykuł, w którym opisują w jaki sposób wirusy mogą pomóc w tworzeniu ogniw słonecznych z nanorurek.

Od pewnego czasu wiadomo, że nanorurki mogą zwiększyć efektywność zbierania elektronów przez ogniwa. Jednak użycie nanorurek napotyka na dwa poważne problemy. Pierwszy z nich to fakt, że podczas produkcji nanorurek uzyskiwana jest mieszanina dwóch typów. Jedne nanorurki zachowują się jak półprzewodniki, drugie jak metale. Nowe badania wykazały, że tylko nanorurki-półprzewodniki zwiększają wydajność ogniw. Nanorurki-metale zmniejszają ją. Ponadto nanorurki mają tendencję do zlepiania się ze sobą, co zmniejsza ich efektywność.

Studenci Xiangnan Dang i Hyunjun Yi, pracujący pod kierunkiem profesor Angeli Belcher, odkryli, że genetycznie zmodyfikowany wirus M13 może zostać użyty do kontrolowania ułożenia nanorurek na powierzchni, dzięki czemu są one od siebie oddzielone nie powodując krótkich spięć oraz nie mogą zbić się w grupie.

Młodzi naukowcy przetestowali swojego wirusa na tanich ogniwach cienkowarstwowych DSSC (dye-sensitized solar cells), zwiększając ich wydajność z 8 do 10,6%, czyli aż o 33%. To kolosalny postęp, tym większy, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że wirusy i nanorurki stanowią tylko 0,1% wagi ulepszonego ogniwa. Co więcej, taką samą technikę można stosować na droższych, bardziej zaawansowanych ogniwach.

Zastosowanie wirusów i nanorurek ułatwia elektronom w ogniwie dotarcie do kolektora. Wirusy mają dwa zadania. Po pierwsze przyczepiają do nanorurek peptydy, które utrzymują je z dala od siebie. Każdy z wirusów może utrzymywać od 5 do 10 nanorurek, z których każda jest przytwierdzona około 300 molekułami. Ponadto wirusy są wykorzystywane w procesie pokrywania nanorurek dwutlenkiem tytanu, głównym składnikiem ogniw DSSC.

Co ciekawe, jeden wirus może spełniać obie funkcje, a przełączanie pomiędzy poszczególnymi zadaniami jest regulowane za pomocą zmian kwasowości środowiska w którym odbywa się cały proces.

Wirusy ułatwiają też rozprowadzanie nanorurek w wodzie, co pozwala na wykorzystywanie w produkcji ogniw taniej metody z użyciem roztworów wodnych przebiegającej w temperaturze pokojowej.

Profesor Prashant Kamat z Notre Dame University mówi, że już wcześniej próbowano wykorzystać nanorurki do ulepszenia ogniw słonecznych, jednak uzyskiwano minimalne zwiększenie ich wydajności. Tymczasem prace uczonych z MIT-u są „imponujące".

Prawdopodobnie zastosowanie wirusa umożliwiło lepsze połączenie nanocząstek TiO₂ z nonarurkami. Ścisłe ich połączenie jest niezbędne do szybkiego i efektywnego transportu elektronów" - mówi uczony.

Przypomina, że ogniwa DSSC są już sprzedawane w Korei, Japonii i na Tajwanie, a tak znaczące zwiększenie ich wydajności z pewnością zainteresuje przemysł. Tym bardziej, że zastosowanie nowej techniki wymaga dodania do procesu produkcyjnego tylko jednego, prostego procesu, zatem linie produkcyjne będzie można przystosować doń szybko i niedrogo.

wirus M13 ogniwa DSSC nanorurki