Квантовая физика и фотосинтез

Ученые объединили фотосинтез и физику для создания высокоэффективных солнечных элементов. Они разработали новый фотоэлемент с квантовым тепловым двигателем, который помогает использовать поток энергии в солнечных элементах. Фотоэлемент на тепловом двигателе поглощает фотоны от Солнца и преобразует энергию фотонов в электричество.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Letters. Исследование проводилось Натаном Габором, доцентом Калифорнийского университета в Риверсайде, и другими физиками из того же университета, сообщает UCR Today.

Профессор Габор начал совмещать свое образование в области физики с биологией, когда заинтересовался фотосинтезом и задался вопросом, например, почему растения зеленые. Затем он подумал о преобразовании солнечной энергии и обдумывал идеи о том, как создавать материалы для солнечных элементов, которые в высокой степени поглощают изменяющееся количество энергии от Солнца.

Профессор Габор объяснил, что растения эволюционировали для этого. С другой стороны, современные доступные солнечные элементы, эффективность которых составляет в лучшем случае 20 процентов, не контролируют эти внезапные изменения солнечной энергии. Это привело к большим потерям энергии и помогает предотвратить широкомасштабное внедрение солнечных элементов в качестве источника энергии.

Чтобы найти решение этой проблемы, исследователи разрабатывают новый вид фотоэлемента с квантовым тепловым двигателем. Это устройство помогает контролировать поток энергии в солнечных элементах и поглощает фотоны от Солнца, таким образом преобразуя энергию фотонов в электричество. Они также обнаружили, что фотоэлемент на квантовом тепловом двигателе может регулировать преобразование солнечной энергии, не требуя контроллеров с активной обратной связью, которые подавляют колебания солнечной энергии и снижают общую эффективность.

Команда стремится спроектировать простейший фотоэлемент, который максимально соответствует потреблению солнечной энергии от Солнца. Средняя потребляемая мощность. Они также хотят подавить колебания энергии, чтобы избежать накопления избыточной энергии.

Они внедрили каналы, поглощающие два фотона, и обнаружили, что регулирование потока энергии естественным образом возникает внутри фотоэлемента. Команда оптимизировала параметры фотоэлемента, чтобы уменьшить колебания солнечной энергии.

Они также обнаружили, что спектр поглощения подобен спектру поглощения, наблюдаемому у фотосинтезирующих зеленых растений. Итак, они предполагают, что естественное регулирование энергии, обнаруживаемое в фотоэлементе квантового теплового двигателя, играет значительную роль в фотосинтезе у растений. Это первая гипотеза о связи квантово-механической структуры с зеленостью растений.