Исследователи научились печатать на струйном принтере солнечные панели, в которых активным элементом являются бактерии, расщепляющие воду за счет фотосинтеза. Для создания таких панелей можно использовать коммерчески доступные струйные принтеры, а в качестве подложки подходит бумага, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.

Солнечная энергетика уже рассматривается не в качестве перспективной технологии, а как полноценный способ добычи электроэнергии. По итогам 2016 года темпы развития солнечных электростанций даже обошли темпы развития угольных. Но, несмотря на большие успехи, солнечная энергетика пока еще обладает и множеством проблем. Производство солнечных панелей требует применения сложных технологических процессов и дорогих материалов, а в некоторых случаях и дорогостоящей утилизации после использования.

Помимо панелей на основе искусственных материалов ученые работают и в области биофотовольтаики. В качестве источника электрического тока такие устройства используют бактерии. Эти бактерии под действием света расщепляют молекулы воды на молекулярный кислород, ион водорода и электрон, попадающий в электрическую цепь через анод. На катоде происходит обратная реакция, и ион водорода, прошедший через протонную мембрану, объединяется в кислородом и электродом с катода в молекулу воды. Несмотря на то, что в этой области уже есть немало работающих прототипов, процесс производства таких солнечных панелей пока еще довольно сложен.

Реакции, позволяющие вырабатывать электричество с помощью бактерий
Реакции, позволяющие вырабатывать электричество с помощью бактерий

Исследователи под руководством Питера Никсона (Peter Nixon) из Имперского колледжа Лондона создали новую технологию, позволяющую упростить процесс создания биофотовольтаических панелей и сделать его масштабируемым. Для этого они решили использовать печать на обычных струйных принтерах. Ученые разработали два вида чернил: один состоял из цианобактерий рода Synechocystis, второй из многостенных углеродных нанотрубок. Этими чернилами ученые напечатали на бумаге биофотовольтаическую ячейку классического типа. Электроды были напечатаны чернилами из нанотрубок, а рабочая зона - бактериями в специальной среде. Сверху ячейка накрывалась гидрогелем, который служил как соединителем анода и катода, так и источником воды и необходимых веществ для бактерий.

Структура солнечной ячейки. 1 - гидрогель, 2 - слой с бактериями, 3,4 - электроды, 5 - бумажная подложка
Структура солнечной ячейки. 1 - гидрогель, 2 - слой с бактериями, 3,4 - электроды, 5 - бумажная подложка

Таким методом исследователи напечатали несколько прототипов солнечных панелей. Объединив девять ячеек в единую схему они смогли запитать простые часы с жидкокристаллическим экраном и светодиод. Ученые считают, что, несмотря на сильно ограниченный по времени ресурс бактерий, они имеют и преимущества перед обычными солнечными панелями, поскольку могут вырабатывать ток даже в отсутствии света.

Недавно две другие группы исследователей представили технологии печати электронных устройств с помощью струйного принтера. Одна группа научилась печатать таким методом базовые полупроводниковые приборы, например, транзисторы, а другая создала с помощью принтера гибкие механические сенсоры растяжения.