Важни са органичните молекули, които улавят фотони и ги превръщат в електричество
Квантовата ефективност се счита за по-нискаоптимално, ако се осъществи „самозагасяване“, когато една молекула, възбудена от входящ фотон, отдава част от енергията си на идентична невъзбудена молекула, в резултат на което двете молекули са в междинно енергийно състояние, твърде ниско за образуването на електрон. Но ако донорите и акцепторите на електрони са по-добре разделени, самозатихването е ограничено, така че квантовата ефективност се подобрява.
„ДНК представлява привлекателностскеле за създаване на супрамолекули за събиране на светлина: спиралната му структура, фиксираните разстояния между нуклеотидните бази и каноничното сдвояване на бази контролират точно позицията на хромофорите. Тук показваме, че въглеродните бакиболове, свързани с модифицирани нуклеозиди, вмъкнати в ДНК спирала, значително подобряват квантовата ефективност. Ние също така показваме, че триизмерната структура на супрамолекулата се запазва не само в течната фаза, но и в твърдата фаза, например в бъдещите органични слънчеви клетки."
Д-р Ханс-Ахим Вагенкнехт, професор по органична химия в Технологичния институт в Карлсруе (KIT).
Като рамка учените използвахаедноверижни ДНК, дезоксиаденозин (А) и тимин (Т) вериги с дължина 20 нуклеотида. Тази дължина е избрана, тъй като теорията предполага, че по-късите ДНК олигонуклеотиди няма да се сглобяват подредено и по-дългите са неразтворими във вода. Хромофорите са флуоресцентни пиренови молекули с виолетова флуоресценция и нилски червени молекули с червена флуоресценция, всяка от които е нековалентно свързана с един синтетичен урацилов дезоксирибозен нуклеозид. Всеки нуклеозид е сдвоен на база с ДНК скеле, но редът на червените пирени и Нил е оставен на случайността по време на самосглобяването.
Що се отнася до електронните акцептори, ученитествал две форми на бъкиболи, наричани още фулерени, за които е известно, че имат отлични свойства за охлаждане (приемане на електрони). Всяка топка беше куха топка, направена от взаимно свързани пръстени от пет или шест въглеродни атома за общо 60 въглеродни атома на молекула. Първата форма на тествания buckyball се свързва неспецифично с ДНК чрез електростатични заряди. Втората форма - не е тествана по-рано като електронен акцептор - е била ковалентно свързана чрез малонов етер с два фланкиращи U-дезоксирибозни нуклеозида, което му е позволило да се сдвоява с нуклеотид А върху ДНК.
Изследователите са го потвърдили експерименталноТриизмерната структура на базирана на ДНК супрамолекула се поддържа в твърдата фаза: това е критично изискване за приложенията на слънчевите клетки. За тази цел те тестваха супрамолекули с всякаква форма на топки като активен слой на миниатюрна слънчева клетка. Проектите показаха отлично разделяне на заряда - образуването на положителна дупка и отрицателен електронен заряд в хромофора и тяхното приемане от съседни топки - с всякаква форма на топка, но особено за втората форма.
Авторите обясняват това с по-конкретнисвързване чрез канонично сдвояване на база с ДНК скелета във втората форма, което трябва да доведе до по-малко разстояние между бакибола и хромофора. Това означава, че втората форма е най-подходяща за използване в слънчеви клетки.
Учените не очакват всеки да имаслънчеви клетки с ДНК на покрива. Но хиралността на ДНК е интересна: слънчевите клетки на тази основа могат да възприемат светлината с кръгова поляризация в специализирани приложения.
Прочетете също:
Физиците са създали аналог на черна дупка и са потвърдили теорията на Хокинг. Къде води?
Учените откриха ограничението на скоростта в квантовия свят.
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат.