Modeli teorik mund të çojë në koncepte të reja për qeliza diellore më efikase
Koncepti i efekteve kuantike të fotosintezës
Koncepti i efekteve kuantike të fotosintezës
© APS/Alan Stonebraker
Ulm – Me fotosintezën, natyra ka zhvilluar procese të sofistikuara për të kapur dhe përdorur në mënyrë efikase energjinë e rrezatimit diellor. Efektet fizike kuantike gjithashtu luajnë një rol të rëndësishëm në transportin e energjisë brenda bimëve të gjelbra ose baktereve që veprojnë në dritë. Fizikanët teorikë në Universitetin e Ulm tani kanë zgjidhur një enigmë të hapur të një transporti jashtëzakonisht të shpejtë të energjisë në distanca relativisht të gjata. Siç raportojnë ata në revistën „Physical Review X“, nanostrukturat e rregulluara posaçërisht nga molekulat që mbledhin dritën janë me sa duket përgjegjëse për transportin efikas të energjisë. Këto njohuri të reja në fotosintezën natyrore kanë potencialin për të rritur më tej efikasitetin e qelizave diellore në të ardhmen.
Drita e diellit krijon gjendje elektronike të ngacmuara gjatë fotosintezës në bimë dhe baktere si dhe në qelizat diellore. Lirohen elektronet me ngarkesë negative dhe në të njëjtën kohë krijohen vrima elektronike të ngarkuara pozitivisht. Këto çifte elektron-vrima, të njohura edhe si eksitone, duhet të mbahen për aq kohë sa të jetë e mundur për efikasitet të lartë dhe të mbulojnë distanca relativisht të gjata prej disa mikrometrash. Kohët e fundit, eksperimentet mbi bakteret e purpurta aktive ndaj dritës treguan se këto gjendje elektronike mund të mbulonin më shumë se dhjetëfish distanca sesa mund të shpjegonin modelet e mëparshme të fotosintezës. Andrea Mattioni dhe kolegët e tij nga Instituti Ulm për Fizikën Teorike kanë gjetur tani shkakun e këtij efekti.
Lexo po ashtu:
Vëzhgimet fizike kuantike të studiuesve treguan se nanostrukturat speciale të bëra nga molekulat që mbledhin dritën, më saktë pigmentet që veprojnë si antena, ishin përgjegjëse për shtigjet relativisht të gjata të transportit. Në bakteret e purpurta, këto pigmente rregullohen në disa nanoklustera ngjitur, të mbushura dendur. Falë kësaj nanostrukture, shtetet elektronike të delokalizuara mund ta rregullojnë veten në atë mënyrë që të mundësojnë transportin e energjisë mbi disa mikrometra. Këto distanca mund të duken të vogla, por për efektet e fizikës kuantike ato janë jashtëzakonisht të mëdha. Në të njëjtën kohë, disa nga nanoklusteret parandalojnë humbjen e energjisë përmes gjendjeve të errëta, në të cilat nuk lëshohen grimca drite pas ngacmimit fotoelektronik.
Këto njohuri të reja në efektet fizike kuantike të fotosintezës natyrore mund të ndihmojnë gjithashtu në rritjen e efikasitetit të qelizave diellore në të ardhmen. „Mbi këtë bazë, ne kemi zhvilluar rregulla të projektimit kuantik në nivelin molekular, në mënyrë që të optimizojmë gamën dhe shpejtësinë e transportit të energjisë në arkitekturat artificiale të korrjes së dritës [-d.m.th. qelizat diellore – ],“ shpjegojnë studiuesit në publikimin e tyre. Sepse edhe në qelizat diellore dëshirohet që çiftet elektron-vrima, eksitonet, të mbijetojnë sa më gjatë dhe të mbulojnë distanca të gjata. Kjo zvogëlon rrezikun e një rikombinimi të padëshiruar të elektronit dhe vrimës edhe përpara se ngarkesat elektrike për një rrjedhë të përdorshme të rrymës të mund të preken në elektrodat e një qelize diellore.
Megjithatë, zbatimi teknik i këtij modeli nuk do të jetë i lehtë. Nga njëra anë, duhen gjetur materiale të përshtatshme për të imituar proteinat që mbledhin dritë të baktereve të purpurta. Nga ana tjetër, duhet të zhvillohet një dizajn për nanostrukturat përkatëse në një qelizë diellore, së bashku me një proces të përshtatshëm prodhimi.
Discussion about this post