عندما يتم تخزين اللايكوبين في زجاجات زجاجية شفافة ، فإنها تتحلل بسرعة ويتم استبدالها بزجاجات غير شفافة ، ويتم حل المشكلة ، ولكن هذا الاكتشاف قد تسبب في المزيد من المشكلات العلمية ، كما يعتقد الباحثون في الكيمياء ، يعني التدهور عادة إطلاق الإلكترونات ، فإذا كان معدل إطلاق الإلكترون عاليًا بما يكفي ، فهل يمكنه إنتاج تيار قابل للقياس؟
تتمتع الطاقة الشمسية بفوائد عديدة ، مثل الحد من استخدام الوقود الأحفوري ، وكونها أنظف ، ولا تنضب ، ولا تنتج آثارًا كربونية ، وما إلى ذلك. ولكن هناك قيود ، أي أنه يجب أن تكون الشمس ، إذا كانت غائمة ، لا توجد طريقة. أ.
والآن ، فإن البكتيريا المهندسة وراثيا التي تستخدم الضوء لتحويل الضوء إلى طاقة قد تغير الوضع الذي لا يمكن توليد الطاقة الشمسية في يوم غائم ، حيث بنى العلماء في كولومبيا البريطانية مصدراً مستداماً رخيصاً من الإشريكية القولونية. تم تسمية الخلايا الشمسية ، التي خلقت خلية شمسية مسببة للأحوال الحيوية ، لأن البطارية كانت تتكون من كائنات حية ، وليست هذه أول خلية شمسية بيوجينيتيك تجريبية ، ولكن هذه المرة البطارية على عكس الماضي ، يقول العلماء إن البطارية الحالية يمكن أن تنتج تيارات أكثر قوة ، وعلاوة على ذلك ، يمكن للبطارية أن تكون فعالة في ضوء الشمس الساطع في ضوء الشمس الخافت.
بغض النظر عن المادة ، طالما أنها يمكن أن تتفاعل وتحرر الإلكترونات تحت الشمس ، يمكنك محاولة استخدامها للطاقة الشمسية ، ففي الخلايا الحيوية الشمسية ، تكون المادة الناتجة عن أشعة الشمس حيوية ، وفي الظروف العادية ، تستخدم الألواح الشمسية غير العضوية. ينتج البلورة السليكونية الحالية ، لكن السليكون المتبلور الآن يتم استبداله بصبغة.
وقال فيكراماديتا ياداف ، وهو أستاذ في قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية في جامعة كولومبيا البريطانية: "إن بريتيش كولومبيا حريصة على أن تصبح واحدة من الاقتصادات الرائدة في العالم لإزالة الكربون". والعرض هو المفتاح لتحقيق هذا الهدف ، والطاقة الشمسية هي أحد المرشحين الرئيسيين لإزالة الكربون في قطاع الطاقة ، ومع ذلك ، تعاني كولومبيا البريطانية من ظروف طقس شتوية سيئة ، وفي هذه الحالة ، إذا كنت ترغب في الاستفادة من الطاقة الشمسية ، مواد كهروضوئية. "
وقال ياداف إن حلولهم ليست باهظة الثمن ، وفي النهاية "يمكن أن تكون فعالة مثل الخلايا الفولتية الضوئية التقليدية". حتى لو لم تصل هذه الخلايا البيولوجية الجديدة إلى قوة المواد التقليدية ، فإن الباحثين ما زالوا يعتقدون أن هذه الحلول يمكن أن تلعب المواد الجديدة دورًا مهمًا في بعض البيئات منخفضة الإضاءة ، مثل المناجم واستكشاف أعماق البحار.
وقال "ياداف": "نعتقد أن الخلايا الشمسية المسببة للبيولوجية ستكون مكملاً مفيدًا لتكنولوجيا الخلايا الشمسية غير العضوية. وحتى في المراحل الأولى من التطوير ، فإن تطبيق هذه التقنية واضح وواسع. استكشف البيئات منخفضة الإضاءة ، مثل في المناجم ، سيتم استخدام أجهزة الاستشعار التي تحركها الخلايا البيولوجية ، مثل تلك التي قمنا بتطويرها.
الأسطورة: يبين الرسم البياني المفاهيمي أعلاه أن أنود الخلية الشمسية مصنوع من مادة بيولوجية ، وهو مصنوع من بكتيريا كروية برتقالية مغطاة بثاني أكسيد التيتانيوم على سطح الليكوبين. (الصورة / فيكراميا ياداف)
في السابق ، كانت محاولات بناء الخلايا الشمسية الحيوية تركز على استخراج الأصباغ الطبيعية لأن البكتيريا كانت تحتاج إلى هذه الصبغات لعملية التمثيل الضوئي ، وكانت العملية معقدة ومكلفة ، وتم استخدام مواد سامة ، مما قد يتسبب في ضرر للصبغة. جرّب بعض الخيارات المختلفة ، حيث ترك الباحثون الصبغة في البكتيريا للتفاعل مع الكائن الحي لحث البكتيريا على إنتاج الكثير من الليكوبين ، وهذا الليكوبين هو نفس الصبغة الموجودة في الطماطم وغيرها من المياه الحمراء.
ثم قام الباحثون بتغطية البكتريا بطبقة من المعادن التي عملت كأشباه الموصلات وطبقت الخليط على السطح الزجاجي ، وطبقت طبقة من الزجاج المطلي في نهاية الخلية كالأنود ، وتمر التيار الطبيعي. هذا الأنود ، الكثافة الحالية التي ينتجها هذا الجهاز أكبر بكثير من الكثافة الحالية التي تنتجها التجارب الأخرى في هذا المجال.القيمة المحددة هي 0.686 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع و 0.362 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ، وينشر نتائج هذا الاختبار في في مجلة "الصغيرة".
إن استخدام الأصباغ الحساسة للضوء ليس مفهومًا جديدًا ، ولكنه واجه عقبات في الدراسات السابقة ، ففي عام 1988 طور العالم السويسري مايكل جروتزل خلية شمسية باستخدام صبغات حساسة للضوء. خلية شمسية ذات حساسية عالية (DSSC).
وقال ياداف "معظم الخلايا الشمسية الحساسة للصبغة لها بعض القيود الواضحة. استخراج الأصباغ من مصادر طبيعية يتطلب استخدام المذيبات السامة والطاقة وحساسية الصبغة للضوء قبل دخول الخلية الشمسية." هناك تدهور كبير ، فالأجهزة التي طورناها بشكل مباشر تتعامل مع هذه القيود ومحاولة وضع هذه الخلايا الشمسية في الإنتاج ، وهو مناسب بشكل خاص للاستخدام في البيئات المظلمة ، وأجهزتنا أرخص.
ومع ذلك، فإن هذا يعني أن هناك بعض المشاكل. سوف البكتيريا في عملية توليد الطاقة يموت، لذلك إيجاد طرق لجعله على قيد الحياة، ويمكن استخدامه بكفاءة أكبر، لأن البكتيريا يمكن أن تنتج ما لا نهاية الأصباغ. وفي الوقت نفسه، يعتزم الباحثون إلى الخلايا صقل، ويمكن أن تكون هي نفسها كما توفر الخلايا الشمسية التقليدية المزيد من الطاقة.
، لدينا اختراع هو أول نماذج الجيل، وبالتالي فإن المستوى المطلوب من الخلايا الشمسية السيليكون يحتاج للوصول إلى تحسن كبير، والكثافة الحالية من الخلايا الشمسية السيليكون الذي هو أول نماذج الجيل 25 مرة، وقال ياداف. "نحن لا نعتقد أن التكنولوجيا لدينا منافس من الخلايا الشمسية التقليدية، في أي حال، لا يمكننا تصل بعد إلى مستوى توليد الطاقة الخلايا الشمسية التقليدية."
مثل العديد من الاكتشافات العلمية في الماضي ، فإن هذا البحث هو أيضا عرضي. "كان دافعنا الأولي هو تطوير مصانع صغيرة للبكتيريا لإنتاج كميات كبيرة من الليكوبين وجزيئات الكاروتينات الأخرى لجعل المكملات الغذائية الصحية ،" قال ياداف. "ومع ذلك ، واجه فريقنا تحديا في تخزين الليكوبين المنتجة حديثا."
عندما يتم تخزين اللايكوبين في زجاجات زجاجية شفافة ، فإنها تتدهور بسرعة ، بحيث يتحول الباحثون إلى زجاجات غير شفافة ، ويتم حل المشكلة ، ولكن هذا الاكتشاف قد تسبب في المزيد من المشكلات العلمية ، وفتح الباحثون. طريقة جديدة للاستكشاف: "في الكيمياء ، عادةً ما يعني التدهور الإلكترونات المُطلقة. نعتقد: إذا كان معدل إطلاق الإلكترون عاليًا بما يكفي ، فهل يمكن أن ينتج تيارًا قابلاً للقياس؟" قال ياداف.
"فريق الطلبة المسؤولة عن الدراسة، بعد رؤية تغيير الليكوبين في زجاجة شفافة، صاح:" الليكوبين في الشمس بسهولة تتحلل إذا وضعنا في خلية الشمسية في ما سيحدث ؟؟ "هذه القضية أثارت اهتمامنا في تطوير الخلايا الشمسية توعية صبغ،" وذكر ياداف ". قرر استخدام طلاء المعادن مباشرة على البكتيريا هو مقامرة، ومقامرة آتت أكلها في النهاية. مصادفة هو حليف كبير من العلماء، ونحن ممتنون جدا لاكتشاف غير متوقع والطلاب الغريب الذي، لأنه طلب واحد، لماذا لا تحاول ذلك؟ ''