Nuevas células solares de auto-reparación, como los sistemas naturales de las plantas

04 de enero 2011 por Emil Venere

Jong Hyun Choi, profesor asistente de ingeniería mecánica de Purdue, y estudiante de doctorado de Benjamin Baker uso de imágenes fluorescentes para ver un nanotubo de carbono.Su investigación está dirigida a la creación de un nuevo tipo de célula solar diseñado para auto-reparación, como los sistemas fotosintéticos naturales. El enfoque podría permitir a los investigadores para aumentar la vida útil y reducir los costos para las células fotoelectroquímicos, que convierten la luz solar en electricidad. Crédito: Universidad de Purdue foto / Mark Simons

Los investigadores están creando un nuevo tipo de célula solar diseñado para auto-reparación, como los sistemas naturales de fotosíntesis en las plantas mediante el uso de nanotubos de carbono y ADN, un enfoque destinado a aumentar la vida útil y reducir costos.

"Hemos creado fotosistemas artificial utilizando ópticas nanomateriales para cosechar la energía solar que se convierte en energía eléctrica ", dijo Jong Hyun Choi, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue.

Las hazañas del diseño inusual ropiedades eléctricas de las estructuras llamadas nanotubos de carbono de pared única, utilizando como "cables moleculares en las células de la luz de cosecha", dijo Choi, cuyo grupo de investigación se basa en la nanotecnología Birck y centros Bindley Bioscience en el descubrimiento de Purdue Park.

"Creo que nuestro enfoque ofrece buenas perspectivas para la industrialización, pero aún estamos en la etapa de investigación básica", dijo.

fotoelectroquímica células convierten la luz solar en electricidad y el uso de un electrolito - un líquido que conduce la electricidad - para el transporte de electrones y crear la corriente. Las células contienen los tintes que absorben la luz llamado cromóforos,-como las moléculas de clorofila que degradan debido a la exposición a la luz solar.

"La desventaja fundamental de los convencionales células fotoelectroquímicos es esta degradación ", dijo Choi.

La nueva tecnología supera este problema al igual que hace la naturaleza: mediante la continua sustitución de los colorantes dañado foto-por otras nuevas.

"Este tipo de auto-regeneración se lleva a cabo en las plantas de cada hora", dijo Choi.

El nuevo concepto podría hacer posible un innovador tipo de célula fotoelectroquímicos que sigue funcionando a plena capacidad por tiempo indefinido, siempre y cuando se agregan nuevos cromóforos.

Los resultados fueron detallados en una presentación de noviembre, durante el Congreso Internacional de Ingeniería Mecánica y Exposiciones de Vancouver. El concepto también se dio a conocer en un artículo en líneaque figuran en el sitio Web de SPIE, una sociedad internacional para la óptica y la fotónica . 

La charla y el artículo fueron escritas por Choi, estudiantes de doctorado de Benjamin A. Baker y Tae-Cha Gon, y los alumnos de pregrado M. Dane Sauffer y Wu Yujun.

El trabajo de nanotubos de carbono como una plataforma para anclar hebras de ADN. El ADN está diseñado para tener secuencias específicas de los bloques de construcción llamados nucleótidos, lo que les permite reconocer y unirse a los cromóforos.

"El ADN reconoce las moléculas de colorante, y luego el sistema de auto-ensambla espontáneamente", dijo Choi

Cuando los cromóforos están listos para ser reemplazados, pueden ser removidos mediante procesos químicos o mediante la adición de nuevas cadenas de ADN con secuencias de nucleótidos diferentes, dando inicio a las moléculas de colorante dañado. cromóforos Nueva sería agregó.

Dos elementos son fundamentales para la tecnología de imitar la naturaleza de mecanismo de auto-reparación: el reconocimiento molecular y metaestabilidad termodinámico, o la capacidad del sistema de forma continua se disolverá y vuelto a montar.

La investigación es una extensión del trabajo que Choi colaboró en con investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Illinois. El trabajo anterior, utilizada cromóforos biológicos tomados de las bacterias, y los resultados se detallan en un estudio artículo publicado en noviembre en la revista Nature Chemistry .

Sin embargo, con cromóforos naturales es difícil, y deben ser recolectados y aislados de bacterias, un proceso que sería costoso para reproducir a escala industrial, dijo Choi.

"Así que en lugar de utilizar cromóforos biológicos, queremos usar los tintes sintéticos de llamadas porfirinas," dijo.

Fuente: PhysOrg.com - Proporcionado por la Universidad de Purdue