(PhysOrg.com) -- Les chercheurs créent un nouveau type de cellule solaire conçue pour s'auto-réparer comme les systèmes photosynthétiques naturels des plantes en utilisant des nanotubes de carbone et de l'ADN, une approche visant à augmenter la durée de vie et à réduire les coûts.

"Nous avons créé des photosystèmes artificiels utilisant des nanomatériaux optiques pour récolter l'énergie solaire qui est convertie en énergie électrique, " a déclaré Jong Hyun Choi, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université Purdue.

La conception exploite les propriétés électriques inhabituelles de structures appelées nanotubes de carbone à paroi unique, en les utilisant comme "fils moléculaires dans les cellules de récolte de lumière, " dit Choi, dont le groupe de recherche est basé aux centres Birck Nanotechnology et Bindley Bioscience au Purdue's Discovery Park.

« Je pense que notre approche est prometteuse pour l'industrialisation, mais nous sommes encore au stade de la recherche fondamentale, " il a dit.

Les cellules photoélectrochimiques convertissent la lumière du soleil en électricité et utilisent un électrolyte - un liquide qui conduit l'électricité - pour transporter les électrons et créer le courant. Les cellules contiennent des colorants absorbant la lumière appelés chromophores, molécules de type chlorophylle qui se dégradent en raison de l'exposition au soleil.

"L'inconvénient critique des cellules photoélectrochimiques conventionnelles est cette dégradation, " dit Choi.

La nouvelle technologie surmonte ce problème tout comme la nature :en remplaçant en permanence les colorants photo-endommagés par de nouveaux.

"Ce genre d'auto-régénération se fait dans les plantes toutes les heures, " dit Choi.

Le nouveau concept pourrait rendre possible un type innovant de cellule photoélectrochimique qui continue de fonctionner à pleine capacité indéfiniment, tant que de nouveaux chromophores sont ajoutés.

Les résultats ont été détaillés lors d'une présentation en novembre lors du Congrès international et exposition sur le génie mécanique à Vancouver. Le concept a également été dévoilé dans un article en ligne présenté sur le site Web de SPIE, une société internationale d'optique et de photonique.

La conférence et l'article ont été écrits par Choi, les doctorants Benjamin A. Baker et Tae-Gon Cha, et les étudiants de premier cycle M. Dane Sauffer et Yujun Wu.

Les nanotubes de carbone fonctionnent comme une plate-forme pour ancrer des brins d'ADN. L'ADN est conçu pour avoir des séquences spécifiques de blocs de construction appelés nucléotides, leur permettant de reconnaître et de s'attacher aux chromophores.

"L'ADN reconnaît les molécules de colorant, puis le système s'auto-assemble spontanément, " a dit Choi

Lorsque les chromophores sont prêts à être remplacés, ils peuvent être éliminés en utilisant des procédés chimiques ou en ajoutant de nouveaux brins d'ADN avec des séquences nucléotidiques différentes, le coup d'envoi des molécules de colorant endommagées. De nouveaux chromophores seraient alors ajoutés.

Deux éléments sont essentiels pour que la technologie imite le mécanisme d'auto-réparation de la nature :la reconnaissance moléculaire et la métastabilité thermodynamique, ou la capacité du système à se dissoudre et à se réassembler en continu.

La recherche est une extension des travaux sur lesquels Choi a collaboré avec des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et de l'Université de l'Illinois. Les travaux antérieurs utilisaient des chromophores biologiques prélevés sur des bactéries, et les résultats ont été détaillés dans un document de recherche publié en novembre dans la revue Chimie de la nature .

Cependant, l'utilisation de chromophores naturels est difficile, et ils doivent être récoltés et isolés des bactéries, un procédé qui serait coûteux à reproduire à l'échelle industrielle, dit Choi.

"Alors au lieu d'utiliser des chromophores biologiques, nous voulons utiliser des synthétiques à base de colorants appelés porphyrines, " il a dit.