Ученые подсмотрели у бактерий способ сделать солнечные батареи более устойчивыми

Международная группа исследователей из России и Китая обнаружила ранее неизвестный элемент в светособирающей системе фотосинтезирующих бактерий. Открытие может помочь в разработке солнечных батарей нового поколения — более стабильных и долговечных, чем существующие аналоги, сообщает онлайн-журнал об энергетике «Энергия+».

Речь идет о серной пурпурной бактерии Ectothiorhodospira haloalkaliphila. Ученым удалось расшифровать структуру ее светособирающей антенны — сложного комплекса белков и пигментов, расположенного на мембране клетки. Именно эта система позволяет микроорганизму улавливать свет и использовать его для синтеза органических веществ.

Впервые исследователи выяснили, что в центре этой антенны находится бесцветная молекула, ранее не описанная в подобных структурах. До сих пор считалось, что ключевую роль в таких системах играют исключительно пигменты, непосредственно поглощающие свет.

Для эксперимента ученые использовали мутантную форму бактерии, у которой был нарушен механизм синтеза каротиноидов — цветных пигментов, участвующих в фотосинтезе. Предполагалось, что при отсутствии каротиноидов светособирающая антенна окажется неполноценной. Однако вместо этого в ее структуре был обнаружен их бесцветный предшественник — молекула-заготовка, которая, как показал анализ, является обязательным элементом всей системы.

Как выяснилось, важнейшую роль эта молекула играет не за счет поглощения света, а благодаря своей структурной функции: она формирует устойчивый каркас, на котором «собирается» вся светособирающая система бактерии.

Этот принцип оказался значимым и для современной солнечной энергетики. В солнечных батареях нового поколения, в том числе на основе перовскитов, основная проблема связана не с эффективностью поглощения света, а с низкой долговечностью материалов. Такие элементы быстро разрушаются под воздействием тепла, влаги и кислорода.

Исследование показывает, что при проектировании солнечных элементов необходимо учитывать не только активный светочувствительный слой, но и его стабилизирующую молекулярную основу. По аналогии с бактериальной антенной ученые предлагают создавать специальную защитную оболочку — молекулярный каркас, который будет удерживать рабочую структуру и предотвращать ее распад. Такой подход, считают исследователи, может существенно повысить срок службы и надежность солнечных панелей.