更有效的太阳能电池模拟光合作用

发电站中直接从太阳获取能量的生物体，其最小的组成部分基本上是微型反应堆，周围有收集光子并将其传送到中心的收集器。组件的结构和相互作用之间的紧密联系提高了生产力，这是一个国际研究团队正在使用的提高太阳能技术效率的策略。在FAU，物理化学I主席正在这一领域进行研究，最新的研究结果发表在著名的《自然化学》杂志上。

绿色植物、藻类和一些细菌利用阳光来转换能量。叶绿素中的色素吸收电磁辐射，引起电子的化学反应。这些反应发生在复杂蛋白质结构的核中，被专家称为光系统I和II。在这些光系统中发生的过程是由催化剂按一定顺序诱导的。在第一步，氧气从水中释放出来。以下反应制备碳水化合物，不需要进一步的能量来源。

光系统的反应中心被聚集在一起的吸收光颜料包围。这些天线增加了光线照射的可用面积，并扩展了可用波长的光谱，这两个都是获得良好能量平衡的先决条件。每个反应堆堆芯周围都有大约30根天线。科学家们进行的实验还远没有复制自然的复杂性。一般来说，1:1的比例是最好的：一个吸光分子和一个氧化水的催化剂。

由Dirk Guldi教授和他的前雇员Konstantin Dirian博士领导的研究小组希望通过基于光系统II中结构和功能之间的相关性合成模块来革新太阳能技术。在新开发的系统中，诸如已经用于LED、晶体管和太阳能电池的吸收光晶体被分层成一个六角形蜂窝状网络，围绕着一个水氧化催化剂，中心有四个钌金属原子。当以相当简单的方式显示时，由两个具有公共长轴的部件组成的紧凑、稳定的单元让人联想到圆柱形电池。在自组装化学过程中，这样的“微型发电站”会产生二维板条。像盖托的层层结构一样，它们形成了一个共同的块体，收集从太阳光线中获得的能量。

这不是对自然光系统中理想排列的完全精确复制，但原理是相同的。五个蜂窝状的大分子能够捕获光，在每个反应堆堆芯周围形成一个鞘层，并且已经证明这些小发电站在收集太阳能方面是有效和成功的。它们的效率超过40%，损失很小。也可以使用植物反射的光谱中绿色部分的波长。这些研究结果为太阳能技术有一天能像自然一样有效地利用太阳能提供了希望。