Увеличение эффективности фотоэлементов на 12% с помощью лепестков розы

a8cf016788Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) используют поверхность лепестков розы в качестве образца для органического фотоэлемента. Сильное антибликовое свойство розы значительно повышает эффективность фотоэлемента, кроме того поверхностные структуры клеток растения действуют как микролинзы.

С такой поверхностью, как у растений, фотоэлемент захватывает больше света и таким образом генерирует больше электроэнергии, сообщают исследователи KIT в журнале Advanced Optical Materials. Поскольку растения в процессе фотосинтеза поглощают энергию света и превращают ее в другие формы энергии, то для них важно как можно шире использовать световой спектр Солнца и принимать солнечные лучи при разных углах падения. Растения добились этого за время своей долгой эволюции, пишут исследователи, и теперь при проектировании фотоэлемента с широким спектром поглощения и разными углами падения солнечных лучей основываются на решениях, которые уже нашла природа.

Совместно с учеными из Центра солнечной энергии и водородных исследований в федеральной земле Баден-Вюртемберг (ZSW) они предлагают преобразовать покровную ткань лепестков высоких растений, так называемый эпидермис, в прозрачный слой и интегрировать его во фронтальную сторону фотоэлемента для повышения производительности.

Вначале они исследовали эпидермальные клетки различных видов растений на их оптические свойства и прежде всего на их антибликовое свойство. Наиболее сильным оно оказалось у лепестков розы. Оно обеспечивает розе более сильные цветовые контрасты, тем самым увеличивая вероятность опыления. Ученые под электронным микроскопом установили, что эпидермис лепестков розы состоит из неупорядоченного массива плотно расположенных микроструктур, которые дополнительно разделены случайно расположенными наноструктурами.

Чтобы точно воспроизвести структуру этих эпидермальных клеток, исследователи перенесли их в пресс-форму из полидиметилсилоксана, полимера на основе кремния, впрессовали полученную таким способом отрицательную структуру в прозрачный оптический клей и оставили ее затвердевать под ультрафиолетовыми лучами.

«Этот метод является простым и недорогим и позволяет создавать микроструктуры такой глубины и плотности, которых вряд ли можно достичь с помощью искусственным приемов», сказал д-р Гийом Гомард, руководитель группы нанофотоники светотехнического института KIT.

Ученые интегрировали прозрачную копию эпидермиса лепестка розы в органический фотоэлемент. Эффективность преобразования энергии при прямом угле падения солнечных лучей увеличилась на 12%. При очень пологих углах падения относительное повышение эффективности получалось еще больше. Исследователи считают, что повышение эффективности происходит прежде всего за счет выдающегося независимого от направленности антибликового свойства смоделированного эпидермиса. Оно позволяет поддерживать отражение от поверхности ниже 5%, даже если угол падения солнечных лучей составляет почти 80 градусов. Кроме того, каждая из смоделированных эпидермальных клеток действует как микролинза, как показали исследования под лазерным микроскопом. Микролинзовый эффект продлевает оптический путь внутри фотоэлемента, усиливая взаимодействие света и материи и увеличивая вероятность того, что фотоны будут поглощены, отмечают исследователи.

«Наш метод может быть применен и для других видов растений, а также для других фотовольтаических технологий», объясняет Гийом Гомард. «Поскольку поверхности растений являются многофункциональными, то в будущем от них можно взять сразу несколько разных свойств». Работа исследователей поднимает также фундаментальный вопрос о роли хаоса в сложных фотонных структурах. По этому вопросу нужно проводить дальнейшие исследования, которые могли бы принести пользу следующему поколению солнечных батарей.

Источник: http://www.pv-magazine.de/nachrichten/details/beitrag/12-prozent-mehr-effizienz-durch-rosenblten_100023543/

Написать нам