Las células solares de próxima generación que imitan la fotosíntesis con material biológico pueden dar un nuevo significado al término "tecnología verde". Agregar la proteína bacteriorrodopsina bR a las células solares de perovskita aumentó la eficiencia de los dispositivos en una serie de pruebas de laboratorio, de acuerdo cona un equipo internacional de investigadores.
"Estos hallazgos abren la puerta al desarrollo de una tecnología de celdas solares de bioperovskite más barata y más amigable con el medio ambiente", dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia de materiales en Penn State. "En el futuro, podemos esencialmentereemplazar algunos productos químicos caros dentro de las células solares con materiales naturales relativamente más baratos ".
Las células solares de Perovskita, llamadas así por sus estructuras cristalinas únicas que sobresalen en la absorción de luz visible, son un área de intensa investigación porque ofrecen una alternativa más eficiente y menos costosa a la tecnología solar tradicional basada en silicio.
Las células solares de perovskita más eficientes pueden convertir del 22 al 23 por ciento de la luz solar en electricidad. Los investigadores descubrieron que agregar la proteína bR a las células solares de perovskita mejoró la eficiencia de los dispositivos del 14.5 al 17 por ciento. Informaron sus hallazgos en el American ChemicalDiario de la sociedad Materiales e interfaces aplicados por ACS .
La investigación representa la primera vez que los científicos han demostrado que los materiales biológicos agregados a las células solares de perovskita pueden proporcionar una alta eficiencia. La investigación futura podría resultar en materiales de bioperovskita aún más eficientes, dijeron los investigadores.
"Estudios anteriores han logrado una eficiencia del 8 o 9 por ciento al mezclar ciertas proteínas dentro de las estructuras de las células solares", dijo Priya, coautora principal del estudio. "Pero nada se ha acercado al 17 por ciento. Estos hallazgos son muy significativos"."
Los paneles solares comerciales consisten en cientos o miles de células solares individuales, por lo que incluso pequeñas mejoras en la eficiencia pueden conducir a ahorros reales, según los investigadores.
imitando la naturaleza
Basándose en la naturaleza, los investigadores buscaron mejorar aún más el rendimiento de las células solares de perovskita a través de la transferencia de energía de resonancia Förster FRET, un mecanismo para la transferencia de energía entre un par de moléculas fotosensibles.
"El mecanismo FRET ha existido durante mucho tiempo", dijo Renugopalakrishnan Venkatesan, profesor de la Northeastern University y el Boston Children's Hospital, Harvard University, y coautor del estudio. "Parece ser la base de la fotosíntesis yse puede encontrar en tecnologías como la transferencia inalámbrica de energía, e incluso en el mundo animal como mecanismo de comunicación. Estamos utilizando este mecanismo para tratar de crear un mundo de sistemas bioinspirados que tengan el potencial de superar tanto inorgánicos como orgánicos.moléculas."
Las proteínas bR y los materiales de perovskita tienen propiedades eléctricas similares, o espacios de banda. Al alinear estos espacios, los científicos plantearon la hipótesis de que podrían lograr un mejor rendimiento en las células solares de perovskita a través del mecanismo FRET.
"Las células solares funcionan absorbiendo energía lumínica, o moléculas de fotones y creando pares de electrones", dijo Subhabrata Das, quien participó en la investigación mientras era estudiante de doctorado en la Universidad de Columbia. "Al enviar los electrones y los huecos en direcciones opuestas,las células solares generan una corriente eléctrica que se convierte en electricidad ".
Sin embargo, un cierto porcentaje de pares de electrones se recombinan, reduciendo la cantidad de corriente producida. Mezclar la proteína bR en las células solares de perovskita ayudó a los pares de electrones a moverse mejor a través de los dispositivos, reduciendo las pérdidas de recombinación y aumentando la eficiencia, dijeron los científicos.
Según los investigadores, los hallazgos podrían tener mayores consecuencias, lo que llevaría al diseño de otros dispositivos híbridos en los que los materiales artificiales y biológicos trabajan juntos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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