Крылья бабочки «Обычная роза» (Pachliopta aristolochiae) характеризуются наноструктурами, маленькими отверстиями, которые значительно лучше поглощают свет в широком спектре, чем гладкие поверхности. Исследователям из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось перенести эти наноструктуры на фотоэлементы и увеличить степень поглощения света на 200%.
«У бабочки, которую мы исследовали, есть очевидная особенность: она абсолютно черная. Это связано с тем, что для оптимальной генерации тепла ей нужно чрезвычайно хорошо поглощать солнечный свет. Еще более захватывающим, чем ее внешний вид, для нас стали механизмы, с помощью которых она достигает высокой степени поглощения. Потенциал для усовершенствования фотоэлементов, который проявился при переносе на них этих структур, оказался намного выше, чем мы ожидали», — говорит д-р Хендрик Хёльшер из Института микроструктурных технологий (IMT) в KIT.
Ученые под руководством Хендрика Хёльшера и Радванула Хасана Сиддика (ранее KIT, теперь CalTech) создали такие же наноструктуры, как и идентифицированные на бабочке, на кремниевом слое тонкопленочного фотоэлемента. Последующий анализ поглощения света дал многообещающие результаты: по сравнению с плоской поверхностью степень поглощения увеличивается на 97% при вертикальном падении света и неуклонно увеличивается до тех пор, пока не достигнет 207% при угле падения 50 градусов. «Это особенно интересно для европейских условий падения солнечного света, поскольку здесь часто царит рассеянный свет, и очень редко он падает на фотоэлементы перпендикулярно», — говорит Хендрик Хёльшер.
Это, однако, не означает, что повышение эффективности всей солнечной электростанции будет происходить на одном и том же уровне, считает Гийом Гомар из IMT. «Другие компоненты также играют определенную роль. Поэтому 200%, скорее всего, будут рассматриваться как теоретический верхний предел для повышения эффективности».
Перед переносом наноструктур на фотоэлементы исследователи определили диаметр и расположение наноотверстий на крыле бабочки с помощью микроспектроскопии. Затем они проанализировали интенсивность поглощения света различными рисунками отверстий в компьютерном моделировании: нерегулярные отверстия с различными диаметрами, как на бабочке, показали наиболее стабильную степень поглощения по всему спектру и при различных углах падения. Соответственно, ученые расположили на фотоэлементе отверстия разных диаметров от 133 до 343 нанометров случайным образом.
В своем исследовании ученые показали, что благодаря использованию такого материала значительно повышается количество собранного света. В ходе проекта они работали с аморфным кремнием, но, по мнению исследователей, с помощью таких наноструктур можно улучшить работу любых тонкопленочных солнечных батарей, даже в промышленном масштабе.
Источник: https://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2017/kw42/schmetterlingsfluegel-inspiriert-photovoltaik.html