Biomimetic strategies for solar energy conversion: A technical perspective

Energy and Environmental Science

Volumn 4, Issue 10, 2011, Pages 3834-3843

  Boghossian, Ardemis A ^a   Ham, Moon Ho ^b   Choi, Jong Hyun ^c   Strano, Michael S ^a  

^a Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

^b Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)   (South Korea)

^c PURDUE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMIMETIC STRATEGY; CARBON FOOTPRINT; DYNAMIC SELF-ASSEMBLY; LIGHT-HARVESTING; MATERIAL COST; PHOTOSYNTHETIC PROTEINS; PLANT REGENERATION; POTENTIAL SOLUTIONS; PROCESSING COSTS; REGENERATION MECHANISMS; SELF-REPAIR;

BIOMIMETICS; DYNAMICS; ENERGY CONVERSION; SELF ASSEMBLY;

SOLAR ENERGY;

ADAPTATION; COST-BENEFIT ANALYSIS; ENERGY EFFICIENCY; ENERGY RESOURCE; PHOTOSYNTHESIS; PLANT; PROTEIN; REGROWTH; RENEWABLE RESOURCE; SOLAR POWER; SOLAR RADIATION; TOLERANCE;

EID: 80053327881     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c1ee01363g     Document Type: Review

References (121)

1. J. H. Zhao A. H. Wang M. A. Green F. Ferrazza Appl. Phys. Lett. 1998 73 1991 1993
2. A. Goetzberger C. Hebling H. W. Schock Mater. Sci. Eng., R 2003 40 1 46
3. R. B. Bergmann Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 1999 69 187 194
4. J. H. Zhao A. H. Wang M. A. Green Progr. Photovolt.: Res. Appl. 1999 7 471 474
5. W. Shockley H. J. Queisser J. Appl. Phys. 1961 32 510
6. N. Jungbluth Progr. Photovolt.: Res. Appl. 2005 13 429 446
7. S. Pizzini Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010 94 1528 1533
8. J. Britt C. Ferekides Appl. Phys. Lett. 1993 62 2851 2852
9. I. Repins M. A. Contreras B. Egaas C. DeHart J. Scharf C. L. Perkins B. To R. Noufi Progr. Photovolt.: Res. Appl. 2008 16 235 239
10. I. Schnitzer E. Yablonovitch C. Caneau T. J. Gmitter A. Scherer Appl. Phys. Lett. 1993 63 2174 2176
11. H. Y. Chen J. H. Hou S. Q. Zhang Y. Y. Liang G. W. Yang Y. Yang L. P. Yu Y. Wu G. Li Nat. Photonics 2009 3 649 653
12. A. Shah P. Torres R. Tscharner N. Wyrsch H. Keppner Science 1999 285 692 698
13. O. Vetterl F. Finger R. Carius P. Hapke L. Houben O. Kluth A. Lambertz A. Muck B. Rech H. Wagner Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000 62 97 108
14. B. A. Andersson Prog. Photovoltaics 2000 8 61 76
15. R. W. Birkmire B. E. McCandless Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2010 14 139 142
16. L. A. Kosyachenko E. V. Grushko Semiconductors 2010 44 1375 1382
17. S. Fahr C. Rockstuhl F. Lederer Photonics Nanostruct. 2010 8 291 296
18. M. D. Kelzenberg S. W. Boettcher J. A. Petykiewicz D. B. Turner-Evans M. C. Putnam E. L. Warren J. M. Spurgeon R. M. Briggs N. S. Lewis H. A. Atwater Nat. Mater. 2010 9 239 244
19. J. R. Maiolo B. M. Kayes M. A. Filler M. C. Putnam M. D. Kelzenberg H. A. Atwater N. S. Lewis J. Am. Chem. Soc. 2007 129 12346
20. P. Torres J. Meier R. Fluckiger U. Kroll J. A. A. Selvan H. Keppner A. Shah S. D. Littelwood I. E. Kelly P. Giannoules Appl. Phys. Lett. 1996 69 1373 1375
21. P. T. Hammond Adv. Mater. 2004 16 1271 1293
22. F. C. Krebs S. A. Gevorgyan J. Alstrup J. Mater. Chem. 2009 19 5442 5451
23. J. B. Xia N. Masaki M. Lira-Cantu Y. Kim K. J. Jiang S. Yanagida J. Am. Chem. Soc. 2008 130 1258 1263
24. E. W. Jones V. Barrioz S. J. C. Irvine D. Lamb Thin Solid Films 2009 517 2226 2230
25. D. S. Kim E. J. Lee J. Kim S. H. Lee J. Korean Phys. Soc. 2005 46 1208 1212
26. M. Jorgensen K. Norrman F. C. Krebs Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008 92 686 714
27. H. Hoppe N. S. Sariciftci J. Mater. Res. 2004 19 1924 1945
28. P. Peumans S. Uchida S. R. Forrest Nature 2003 425 158 162
29. F. Padinger R. S. Rittberger N. S. Sariciftci Adv. Funct. Mater. 2003 13 85 88
30. C. Winder N. S. Sariciftci J. Mater. Chem. 2004 14 1077 1086
31. K. Colladet M. Nicolas L. Goris L. Lutsen D. Vanderzande Thin Solid Films 2004 451-452 7 11
32. B. Maennig J. Drechsel D. Gebeyehu P. Simon F. Kozlowski A. Werner F. Li S. Grundmann S. Sonntag M. Koch K. Leo M. Pfeiffer H. Hoppe D. Meissner N. S. Sariciftci I. Riedel V. Dyakonov J. Parisi Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2004 79 1 14
33. M. Hiramoto H. Fujiwara M. Yokoyama Appl. Phys. Lett. 1991 58 1062 1064
34. B. Oregan M. Gratzel Nature 1991 353 737 740
35. M. Gratzel Nature 2001 414 338 344
36. S. C. Kang T. Umeyama M. Ueda Y. Matano H. Hotta K. Yoshida S. Isoda M. Shiro H. Imahori Adv. Mater. 2006 18 2549
37. J. Nelson Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2002 6 87 95
38. Y. H. Su L. G. Teoh J. H. Lee S. L. Tu M. H. Hon J. Nanosci. Nanotechnol. 2009 9 960 964
39. C. Y. Lin J. Y. Lin J. L. Lan T. C. Wei C. C. Wan Electrochem. Solid-State Lett. 2010 13 D77 D79
40. Y. J. Kim Y. H. Lee M. H. Lee H. J. Kim J. H. Pan G. I. Lim Y. S. Choi K. Kim N. G. Park C. Lee W. I. Lee Langmuir 2008 24 13225 13230
41. M. Gratzel J. Photochem. Photobiol., A 2004 164 3 14
42. F. F. Gao Y. Wang J. Zhang D. Shi M. K. Wang R. Humphry-Baker P. Wang S. M. Zakeeruddin M. Gratzel Chem. Commun. 2008 2635 2637
43. F. Gao Y. Wang D. Shi J. Zhang M. K. Wang X. Y. Jing R. Humphry-Baker P. Wang S. M. Zakeeruddin M. Gratzel J. Am. Chem. Soc. 2008 130 10720 10728
44. G. P. Smestad S. Spiekermann J. Kowalik C. D. Grant A. M. Schwartzberg J. Zhang L. M. Tolbert E. Moons Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2003 76 85 105
45. H. X. Wang H. Li B. F. Xue Z. X. Wang Q. B. Meng L. Q. Chen J. Am. Chem. Soc. 2005 127 6394 6401
46. J. N. de Freitas A. F. Nogueira M. A. De Paoli J. Mater. Chem. 2009 19 5279 5294
47. S. Yanagida Y. H. Yu K. Manseki Acc. Chem. Res. 2009 42 1827 1838
48. P. L. Ong I. A. Levitsky Energies 2010 3 313 334
49. S. Guenes N. S. Sariciftci Inorg. Chim. Acta 2008 361 581 588
50. Z. Lan J. H. Wu Prog. Chem. 2010 22 2248 2253
51. K. L. Chopra P. D. Paulson V. Dutta Progr. Photovolt.: Res. Appl. 2004 12 69 92
52. J. M. Nunzi C. R. Phys. 2002 3 523 542
53. J. E. Bidlack; K. R. Stern; S. Jansky Introductory plant biology; McGraw-Hill: New York, 2003
54. I. Asimov Photosynthesis; Basic Books, Inc: New York, London, 1968
55. E. G. Rabinowitch Photosynthesis; J. Wiley: London, 1969
56. J. C. Reece, N. A. Campbell Biology; Pearson, Benjamin Cummings: San Francisco, 2005
57. R. E. Blankenship Molecular Mechanisms of Photosynthesis; 2 ed.; John Wiley & Sons Inc., 2008
58. In McGraw Hill Encyclopedia of Science and Technology; 10 ed.; McGraw-Hill Professional, 2007; Vol. 13
59. J. M. T. Berg, L. John; Stryer Lubert The Calvin Cycle and the Pentose Phosphate Pathway; W.H. Freeman and Company, 2002
60. A. Melis Trends Plant Sci. 1999 4 130 135
61. O. Prazil; N. Adir; I. Ohad; Elsevier Science Publishers: Amsterdam, 1992
62. S. Constant I. Perewoska M. Alfonso D. Kirilovsky Plant Mol. Biol. 1997 34 1 13
63. A. Melis Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1991 1058 87 106
64. M. Singh Photosynthetica 2000 38 161 169
65. H. Dannehl H. Wietoska H. Heckmann D. Godde Planta 1996 199 34 42
66. M. Iwai M. Yokono N. Inada J. Minagawa Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 107 2337 2342
67. F. Drepper I. Carlberg B. Andersson W. Haehnel Biochemistry 1993 32 11915 11922
68. G. H. Krause In Causes of Photooxidative Stress and Amelioration of Defense Systems in Plants;, Foyer, C. H., Mullineaux, P. M., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 1994; pp 43-76
69. D. J. Kyle I. Ohad C. J. Arntzen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1984 81 4070 4074
70. H. Gong I. Ohad J. Biol. Chem. 1991 266 21293 21299
71. D. Kirilovsky C. Vernotte C. Astier A. L. Etienne Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1988 933 124 131
72. D. Kirilovsky J. M. Ducruet A. L. Etienne Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1990 1020 87 93
73. C. A. Shipton J. Barber Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1991 88 6691 6695
74. E. M. Aro I. Virgin B. Andersson Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1993 1143 113 134
75. H. Dannehl A. Herbik D. Godde Physiol. Plant. 1995 93 179 186
76. E. M. Aro R. Kettunen E. Tyystjarvi FEBS Lett. 1992 297 29 33
77. N. Terasaki N. Yamamoto T. Hiraga Y. Yamanoi T. Yonezawa H. Nishihara T. Ohmori M. Sakai M. Fujii A. Tohri M. Iwai Y. Inoue S. Yoneyama M. Minakata I. Enami Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 1585 1587
78. S. A. Trammell L. Y. Wang J. M. Zullo R. Shashidhar N. Lebedev Biosens. Bioelectron. 2004 19 1649 1655
79. T. J. Meyer Nature 2008 451 778 779
80. H. Krassen A. Schwarze B. Friedrich K. Ataka O. Lenz J. Heberle ACS Nano 2009 3 4055 4061
81. H. A. Kincaid T. Niedringhaus M. Ciobanu D. E. Cliffel G. K. Jennings Langmuir 2006 22 8114 8120
82. Y. V. Geletii B. Botar P. Koegerler D. A. Hillesheim D. G. Musaev C. L. Hill Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 3896 3899
83. M. H. Ham J. H. Choi A. A. Boghossian E. S. Jeng R. A. Graff D. A. Heller A. C. Chang A. Mattis T. H. Bayburt Y. V. Grinkova A. S. Zeiger K. J. Van Vliet E. K. Hobbie S. G. Sligar C. A. Wraight M. S. Strano Nat. Chem. 2010 2 929 936
84. P. N. Ciesielski A. M. Scott C. J. Faulkner B. J. Berron D. E. Cliffel G. K. Jennings ACS Nano 2008 2 2465 2472
85. I. Carmeli L. Frolov C. Carmeli S. Richter J. Am. Chem. Soc. 2007 129 12352
86. S. W. Gersten G. J. Samuels T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1982 104 4029 4030
87. J. A. Gilbert D. S. Eggleston W. R. Murphy D. A. Geselowitz S. W. Gersten D. J. Hodgson T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1985 107 3855 3864
88. N. D. McDaniel F. J. Coughlin L. L. Tinker S. Bernhard J. Am. Chem. Soc. 2008 130 210 217
89. A. F. Heyduk D. G. Nocera Science 2001 293 1639 1641
90. M. W. Kanan D. G. Nocera Science 2008 321 1072 1075
91. H. Krassen S. Ott J. Heberle Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 47 57
92. W. Ryu S. J. Bai J. S. Park Z. B. Huang J. Moseley T. Fabian R. J. Fasching A. R. Grossman F. B. Prinz Nano Lett. 2010 10 1137 1143
93. J. M. Gordon J. E. W. Polle Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007 76 969 975
94. D. P. B. T. B. Strik H. V. M. Hamelers J. F. H. Snel C. J. N. Buisman Int. J. Energy Res. 2008 32 870 876
95. A. J. Hoff J. Deisenhofer Phys. Rep. 1997 287 2 247
96. K. Brettel Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1997 1318 322 373
97. B. S. Ko B. Babcock G. K. Jennings S. G. Tilden R. R. Peterson D. Cliffel E. Greenbaum Langmuir 2004 20 4033 4038
98. I. Lee J. W. Lee E. Greenbaum Phys. Rev. Lett. 1997 79 3294 3297
99. I. Lee J. W. Lee A. Stubna E. Greenbaum J. Phys. Chem. B 2000 104 2439 2443
100. C. J. Faulkner S. Lees P. N. Ciesielski D. E. Cliffel G. K. Jennings Langmuir 2008 24 8409 8412
101. L. Frolov Y. Rosenwaks C. Carmeli I. Carmeli Adv. Mater. 2005 17 2434
102. L. Frolov O. Wilner C. Carmeli I. Carmeli Adv. Mater. 2008 20 263
103. P. N. Ciesielski F. M. Hijazi A. M. Scott C. J. Faulkner L. Beard K. Emmett S. J. Rosenthal D. Cliffel G. K. Jennings Bioresour. Technol. 2010 101 3047 3053
104. N. Terasaki N. Yamamoto T. Hiraga I. Sato Y. Inoue S. Yamada Thin Solid Films 2006 499 153 156
105. N. Terasaki N. Yamamoto K. Tamada M. Hattori T. Hiraga A. Tohri I. Sato M. Iwai S. Taguchi I. Enami Y. Inoue Y. Yamanoi T. Yonezawa K. Mizuno M. Murata H. Nishihara S. Yoneyama M. Minakata T. Ohmori M. Sakai M. Fujii Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2007 1767 653 659
106. I. Carmeli M. Mangold L. Frolov B. Zebli C. Carmeli S. Richter A. W. Holleitner Adv. Mater. 2007 19 3901
107. N. Lebedev S. A. Trammell A. Spano E. Lukashev I. Griva J. Schnur J. Am. Chem. Soc. 2006 128 12044 12045
108. Y. Lu M. Yuan Y. Liu B. Tu C. Xu B. Liu D. Zhao J. Kong Langmuir 2005 21 4071 4076
109. L. Frolov Y. Rosenwaks S. Richter C. Carmeli I. Carmeli J. Phys. Chem. C 2008 112 13426 13430
110. L. Sepunaru I. Tsimberov L. Forolov C. Carmeli I. Carmeli Y. Rosenwaks Nano Lett. 2009 9 2751 2755
111. N. Lebedev S. A. Trammell S. Tsoi A. Spano J. H. Kim J. Xu M. E. Twigg J. M. Schnur Langmuir 2008 24 8871 8876
112. R. A. Graff T. M. Swanson M. S. Strano Chem. Mater. 2008 20 1824 1829
113. R. Das P. J. Kiley M. Segal J. Norville A. A. Yu L. Y. Wang S. A. Trammell L. E. Reddick R. Kumar F. Stellacci N. Lebedev J. Schnur B. D. Bruce S. G. Zhang M. Baldo Nano Lett. 2004 4 1079 1083
114. M. J. Currie J. K. Mapel T. D. Heidel S. Goffri M. A. Baldo Science 2008 321 226 228
115. J. Yoon A. J. Baca S. I. Park P. Elvikis J. B. Geddes L. F. Li R. H. Kim J. L. Xiao S. D. Wang T. H. Kim M. J. Motala B. Y. Ahn E. B. Duoss J. A. Lewis R. G. Nuzzo P. M. Ferreira Y. G. Huang A. Rockett J. A. Rogers Nat. Mater. 2008 7 907 915
116. P. Muhlschlegel H. J. Eisler O. J. F. Martin B. Hecht D. W. Pohl Science 2005 308 1607 1609
117. T. H. Taminiau F. D. Stefani F. B. Segerink N. F. Van Hulst Nat. Photonics 2008 2 234 237
118. J. H. Han G. L. C. Paulus R. Maruyama D. A. Heller W. J. Kim P. W. Barone C. Y. Lee J. H. Choi M. H. Ham C. Song C. Fantini M. S. Strano Nat. Mater. 2010 9 833 839
119. P. D. Tran V. Artero M. Fontecave Energy Environ. Sci. 2010 3 727 747
120. J. J. Concepcion J. W. Jurss J. L. Templeton T. J. Meyer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 17632 17635
121. J. A. Gilbert D. S. Eggleston W. R. Murphy D. A. Geselowitz S. W. Gersten D. J. Hodgson T. J. Meyer J. Am. Chem. Soc. 1985 107 3855 3864