Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Усовершенствование и определение свойств солнечного элемента на основе TiO2, сенсибилизированного различными растительными пигментами

https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.012-025

Полный текст:

Аннотация

Одним из активно развивающихся направлений получения альтернативной энергии является проектирование электрохимических солнечных элементов (СЭ), в том числе на основе биологических пигментов. СЭ изучались при различных температурах, интенсивности света и спектральных условиях. Кроме того, для понимания процессов, происходящих в СЭ, необходимо также исследовать эффективность и стабильность с учетом условий окружающей среды. С этой целью было разработано и изготовлено новое измерительное оборудование для исследования влияния условий окружающей среды на силу фототока, генерируемого СЭ. Система может служить моделью, которая отражает условия, необходимые для эффективного и стабильного функционирования СЭ. Получены предварительные результаты для двух типов СЭ с двумя фотосенсибилизаторами: тилакоидные мембранные препараты и обогащенный антоцианами экстракт малины. Показано, что при 40 °С электрогенная активность снижается вдвое и при постепенном охлаждении возвращается к своему начальному значению. Максимальный ток, полученный в тилакоидном СЭ, составил 0,46 мА, а в СЭ на основе антоцианов – 1,75 мА. Цель данного исследования – поиск новых путей повышения эффективности и стабильности биологических СЭ. В дальнейшем это измерительное устройство может быть использовано для исследования СЭ на основе длинноволновых форм хлорофилла (Chld и Chlf) и компонентов фотосинтетического аппарата, содержащего эти хлорофиллы.

Об авторах

Р. А. Волошин
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Россия

Роман Александрович Волошин, сотрудник

Лаборатория управляемого фотобиосинтеза

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276

 



В. С. Бедбенов
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Россия

Лаборатория управляемого фотобиосинтеза

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276



Д. А. Габриелян
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Россия

Лаборатория управляемого фотобиосинтеза

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276



Н. Г. Брэди
Университет Теннесси в Ноксвилле
Соединённые Штаты Америки

д. 125, Остин Пий Билдинг., Ноксвилл, TN 37996



В. Д. Креславский
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН; Институт фундаментальных проблем биологии РАН
Россия

Лаборатория управляемого фотобиосинтеза Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276, 

д. 2, ул. Институтская, г. Пущино, Московская обл., 142290



С. К. Жармухамедов
Институт фундаментальных проблем биологии РАН
Россия

Сергей Куштаевич Жармухамедов, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований» РАН 

д. 2, ул. Институтская, г. Пущино, Московская обл., 142290

 



М. В. Родионова
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Россия

Маргарита Викторовна Родионова, аспирант, младший научный сотрудник

Лаборатория управляемого фотобиосинтеза

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276



Б. Д. Брюс
Университет Теннесси в Ноксвилле
Соединённые Штаты Америки

Кафедра биохимии, клеточной и молекулярной биологии.

Кафедра микробиологии

д. 125, Остин Пий Билдинг., Ноксвилл, TN 37996



С. И. Аллахвердиев
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН; Институт фундаментальных проблем биологии РАН; Институт молекулярной биологии и биотехнологии Академии наук Республики Азербайджан; МГУ им. М.В. Ломоносова
Россия

Сулейман Ифхан оглы Аллахвердиев, доктор физико-математических наук, заведующий Лабораторией управляемого фотобиосинтеза Института физиологии растений РАН; главный научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН; профессор кафедры физиологии растений биологического факультета Московского государственного университета; преподаватель кафедры молекулярной и клеточной биологии Московского физикотехнического института (Национального исследовательского университета); заведующий лабораторией бионанотехнологии в институте молекулярной биологии и биотехнологии Азербайджана

д. 35, ул. Ботаническая, г. Москва 127276, 

д. 2, ул. Институтская, г. Пущино, Московская обл., 142290, 

Баку; 

1/12 Ленинские горы, г. Москва 119991


 



Список литературы

1. Voloshin R.A., Rodionova M.V., Zharmukhamedov S.K., Hou H., Shen J.-R., Allakhverdiev S.I. Components of natural photosynthetic apparatus in solar cells. In: Najafpour M.M., editor. Applied photosynthesise new progress. Rijeka, Croatia: InTech; 2016; p. 161–88; http://dx.doi.org/10.5772/62238.

2. Gratzel M. Photovoltaic and photoelectrochemical conversion of solar energy. Phil Trans R Soc A, 2007;365:993–1005.

3. Rokesh K., Pandikumar A., Jothivenkatachalam K. Dye sensitized solar cell: a summary. Mater. Sci. Forum, 2014;771:1–24; http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.771.1.

4. Gratzel M. Photoelectrochemical cells. Nature, 2001;414:338–44.

5. Gratzel M. Recent advances in sensitized mesoscopic solar cells. Accounts Chem. Res., 2009;42(11):1788–98; http://dx.doi.org/10.1021/ar900141yCCC.

6. Martineau D. Dye solar cells for real/the assembly guide for making your own solar cells. Solaronix SA, 2012; http://www.solaronix.com/documents/dye_solar_cells_for_real.pdf.

7. Gratzel M. Review dye-sensitized solar cells. J. Photochem.Photobiol. C PhotochemRev., 2003;4:145– 53; http://dx.doi.org/10.1016/S1389-5567(03)00026-1.

8. Falsgraf E.S. Biologically-derived dye-sensitized solar cells: a cleaner alternative for solar energy. Pomona Senior Theses., 2012; p. 61.

9. Hamann T.W., Jensen R.A., Martinson A.B.F., Ryswyk H.V., Hupp J.T. Advancing beyond current generation dye sensitized solar cells. Energy Environ Sci., 2008;1:66–78; http://dx.doi.org/10.1039/b809672d.

10. Peng E., Berberoglu H. Temperature and irradiance dependence of a dye sensitized solar cell with acetonitrile based electrolyte. J. Sol. Energy Eng, 2012;134:1–7.

11. Suait M.S., Ahmad A., Badri K.H., Mohamed N.S., Rahman M.Y.A., Azanza Ricardo C.L., et al. The potential of polyurethane biobased solid polymer electrolyte for photoelectrochemical cell application. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39(6):3005–17; http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.08.117.

12. Jasim K.E. Dye sensitized solar cells e working principles, challenges and opportunities. In: Kosyachenko L.A., editor. Solar cells e dye-sensitized devices. InTech: 2011; p. 171–204.

13. Martinson A.B.F., Hamann T.W., Pellin M.J., Hupp J.T. New architectures for dye-sensitized solar cells. ChemEur J., 2008;14:4458–67; http://dx.doi.org/10.1002/chem.200701667.

14. Bisquert J., Zaban A., Greenshtein M., Mora-Sero I. Determination of rate constants for charge transfer and the distribution of semiconductor and electrolyte electronic energy levels in dye-sensitized solar cells by open-circuit photovoltage decay method. J Am ChemSoc., 2004;126(41):13550–9; http://dx.doi.org/10.1021/ja047311k.

15. Hassan H.C., Abidin Z.H.Z., Chowdhury F.I., Arof A.K.A. Highefficiency chlorophyll sensitized solar cell with quasi solid PVA based electrolyte. Int J Photoenergy, 2016:1–9; http://dx.doi.org/10.1155/2016/3685210.

16. Alhamed M., Issa A.S., Doubal A.W. Studying of natural dyes properties as photo-sensitizer for dye sensitized solar cells(DSSC). J Electron Devices, 2012;16:1370–83.

17. Smestad G.P., Gratzel M. Demonstrating electron transfer and nanotechnology: a natural dye sensitized nanocrystalline energy converter. J ChemEduc., 1998;75:752–6.

18. Maksimov E.G., Lukashev E.P., Seifullina N.Kh., Nizova G.V., Pashchenko V.Z. Photophysical properties of hybrid complexes of quantum dots and reaction centers of purple photosynthetic bacteria Rhodobacter sphaeroides adsorbed on crystalline mesoporous TiO2 films. Nanotechnol Russ, 2013;8(7):423–31; http://dx.doi.org/10.1134/.

19. Kavadiya S., Chadha T.S., Liu H., Shah V.B., Blankenship R.E., Biswas P. Directed assembly of thylakoid membrane on nanostructured TiO2 for a photoelectrochemical cell. Nanoscale, 2016;8:1868–72; http://dx.doi.org/10.1039/C5NR08178E.

20. Mershin A., Matsumoto K., Kaiser L., Yu D., Vaughn M., Nazeeruddin M.K., et al. Self-assembled photosystem-I biophotovoltaics on nanostructured TiO2 and ZnO. Sci Rep., 2012;2:1–7; http://dx.doi.org/10.1038/srep00234.

21. Voloshin R.A., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Bedbenov V.S., Ramakrishna S., Allakhverdiev S.I. Photoelectrochemical cells based on photosynthetic systems: a review. Biofuel Res J., 2015;6:227–35.

22. Scheer H. An overview of chlorophylls and bacteriochlorophylls: biochemistry, biophysics, functions and applications. In: Grimm B., Porra R.J., Rudiger W., Scheer H., editors. Chlorophylls and bacteriochlorophylls: biochemistry, biophysics, functions and applications. Dordrecht: Springer; 2006; p. 4–11.

23. Allakhverdiev S.I., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Voloshin R.A., Korol’kova D.V., Tomo T., et al. Chlorophylls d and f and their role in primary photosynthetic processes of cyanobacteria. Biochemistry (Moscow), 2016;81:201–12; http://dx.doi.org/10.1134/S0006297916030020.

24. Berginc M., Krasovec U.O., Jankovec M., Topic M. The effect of temperature on the performance of dyesensitized solar cells based on a propyl-methylimidazolium iodide electrolyte. Sol Energy Mater Sol Cells, 2007;91(9):821–8.

25. Xue G., Guo Y., Yu T., Guan J., Yu X., Zhang J., et al. Degradation mechanisms investigation for longterm thermal stability of dye-sensitized solar cells. Int J Electrochem Sci., 2012;7:1496–511.

26. Yaakoubi H., Hamdani S., Bekalé L., Carpentier R. Protective action of spermine and spermidine against photoinhibitionof photosystem I in isolated thylakoid membranes. PLoS One, 2014;9(11): e112893; http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0112893.

27. Novakova A.A., Khval'kovskaya E.A., Aleksandrov A.Y., Kiseleva T.Y., Davletshina L.N., Semin B.K., et al. Comparative study of thermal degradation of ironsulfur proteins in spinach chloroplasts and membranes of thermophilic cyanobacteria: mössbauer spectroscopy. Biochemistry (Moscow), 2001;66:520–3.

28. Dobrikova A.G., Apostolova E.L. Damage and protection of the photosynthetic apparatus from UV-B radiation. II. Effect of quercetin at different pH. J Plant Physiol., 2015;184:98–105; http://dx.doi.org/10.1016/j.jplph.2015.06.008.

29. Yua Z., Lia F., Sun L. Recent advances in dyesensitized photoelectrochemical cells for solar hydrogen production based on molecular components. Energy Environ Sci., 2015;8:760–75; http://dx.doi.org/10.1039/C4EE03565H.

30. GOST (GОСТ) 9411-91. Optical color filters. Мoscow, 1992.

31. Dean R.L. Measuring light-dependent proton translocation in isolated thylakoids. J Lab ChemEduc., 2014;2(3):33–43.

32. Jensen K.F., Brandt H., Im C., Wilde J., Hinsch A. Stability of UV Illuminated dye sensitized solar cells (Dsc) studied by photoinduced absorption in the second range. 28th European PV solar energy conference and exhibition. Paris, French; 2013. p. 6.


Для цитирования:


Волошин Р.А., Бедбенов В.С., Габриелян Д.А., Брэди Н.Г., Креславский В.Д., Жармухамедов С.К., Родионова М.В., Брюс Б.Д., Аллахвердиев С.И. Усовершенствование и определение свойств солнечного элемента на основе TiO2, сенсибилизированного различными растительными пигментами. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019;(34-36):12-25. https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.012-025

For citation:


Voloshin R.A., Bedbenov V.S., Gabrielyan D.A., Brady N.G., Kreslavski V.D., Zharmukhamedov S.K., Rodionova M.V., Bruce B.D., Allakhverdiev S.I. Optimization and Characterization of TiO2-Based Solar Cell Design Using Diverse Plant Pigments. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2019;(34-36):12-25. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.34-36.012-025

Просмотров: 248


ISSN 1608-8298 (Print)