Команда ученых во главе с Йоахимом Райхартом, Йоханном Бартом и Александром Холлейтнером (Технический университет Мюнхена, Clusters of Excellence MAP и NIM), и Итай Кармели (Университет Тель-Авива), разработали метод измерения фототоков единой функционализированной фотосинтетической протеиновой системы.

Ученые смогли продемонстрировать, что такая система может быть интегрирована и выборочно отправлена в искусственные фотоэлектрические архитектуры приборов, в то же время, сохраняя свои биомолекулярные функциональные свойства. Таким образом, речь идет о том, что в скором времени могут появится новые наноразмерные солнечные батареи, которые будут состоять всего лишь из одной молекулы.

Белки представляют собой управляемые светом, высокоэффективные одномолекульные электронные насосы, которые могут выступать в качестве генераторов электричества в наноразмерных электрических цепях.

На этой неделе команда исследователей опубликовала свои результаты в журнале Nature Nanotechnology.

Ученые исследовали реакцию центра фотосистемы-I, который представляет собой комплекс хлорофилл белка, расположенный в мембранах хлоропласт из цианобактерий. Растения, водоросли и бактерии используют фотосинтез для преобразования солнечной энергии в химическую. Начальные стадии этого процесса, в которых поглощается свет, а также передается энергия и электроны, производятся фотосинтетическими белками, состоящими из хлорофилловых и каротиноидных комплексов.

• Учёные разработали солнечные элементы с жидкими нанокристаллами
• Улучшение измерений мощности может ускорить развитие солнечных элементов
• Новая технология создания нанокристаллов, собирающих солнечную энергию
• Двусторонние солнечные панели производят на 50% больше энергии
• Цены на солнечную энергию более конкурентны, чем принято думать
• Хевел завершает возведение завода, который будет производить солнечные модули
• Фотохимические и органические солнечные модули: фотовольтаический взгляд
• Ученые разработали дешевую и высокоэффективную солнечную технологию

До сих пор, ни один из доступных методов не был достаточно чувствительным для измерения фототоков, произведенных одним белком. Фотосистема-I обладает выдающимися оптико-электронными свойствами, которые можно найти только в фотосинтетических системах, а наноразмеры делают ее перспективным элементом для применения в молекулярной оптоэлектронике и, в перспективе, в солнечных батареях.

Первой задачей физиков была разработка метода электрической связи отдельных молекул в сильное оптическое поле. Центральным элементом реализованного наноприбора являются фотосинтетические белки, которые самособираются и ковалентно связываются с золотыми электродами через группы мутаций цистеина.

Фототок измерялся с помощью стеклянного наконечника с золотым покрытием. Фотосинтетические белки оптически возбуждаются потоком фотонов, направленным через тетраэдрический конец, который, в то же время обеспечивает и электрический контакт. При помощи этой технологии, физики смогли контролировать фототок, который генерируется отдельными единицами белков.

Отметим, что как и было уже отмечено выше, данная технология может послужить началом для создания солнечных батарей сверхмалого размера, чего не удавалось достичь ранее.