Солнечные элементы черпают энергию из солнечного света, но по пути туда теряется много энергии. Например, через отражение самих солнечных элементов, так как они отражают часть входящего солнечного света. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) теперь хотят решить эту проблему - с помощью глубокой черной бабочки.
Бабочка "Роза обыкновенная" (Pachliopta aristolochiae) характеризуется своей смоляной мантией. Его крылья, кажется, поглощают свет. Он достигает этого через определенные наноструктуры, крошечные отверстия, которые поглощают свет намного лучше, чем гладкие поверхности. Исследователи из KIT перенесли эти наноструктуры на поверхности солнечных элементов. Они смогли увеличить скорость поглощения света до 200 процентов.
Перенос наноструктуры с крыла на солнечный элемент
Картинная галерея
Фотогалерея с 9 картинками
Ученые под руководством Хендрика Хёльшера и Радванула Сиддика воспроизвели наноструктуры, идентифицированные у бабочки, на кремниевом слое тонкопленочного солнечного элемента. Последующий анализ поглощения света дал многообещающие результаты: по сравнению с плоской поверхностью скорость поглощения увеличивается на 97 процентов при перпендикулярном падении света и постоянно увеличивается, пока не достигнет даже 207 процентов при угле падения 50 градусов. «Это особенно интересно для европейских условий освещения, так как здесь преобладает рассеянный свет, и свет редко падает перпендикулярно на солнечные элементы», - говорит Хельшер из Института микроструктурных технологий в KIT.
Однако это не означает автоматически повышение эффективности всей фотоэлектрической системы в том же объеме, объясняет Гийом Гомард из IMT. «Другие компоненты также играют роль. Поэтому 200 процентов следует рассматривать как теоретический верхний предел для повышения эффективности ».
Перед переносом наноструктур на солнечные элементы исследователи определили диаметр и расположение наноотверстий на крыле бабочки с помощью микроспектроскопии. Затем они проанализировали силу поглощения света с различными схемами отверстий в компьютерном моделировании: было обнаружено, что неравномерно расположенные отверстия с различными диаметрами, например, найденные в бабочке, достигли наиболее стабильных скоростей поглощения по всему спектру и различных углов падения. Соответственно, они случайно расположили отверстия на солнечном элементе и с различными диаметрами от 133 до 343 нанометров.