受蝴蝶启发的光伏技术可将光吸收率提高多达200%

（图片：Radwanul H. Siddique，KIT/加利福尼亚理工学院【yuàn】）

“我们【men】研究的蝴【hú】蝶非常黑。这意味着【zhe】它可以【yǐ】完美吸收【shōu】阳光，以实现【xiàn】最佳【jiā】的热量管理。

比蝴蝶自身外表更令人【rén】着【zhe】迷的是【shì】蝴蝶翅膀的机制有【yǒu】助于达到高度吸收率【lǜ】。

KIT微结构技术研究所（IMT）的【de】Hendrik Hölscher博士【shì】表示，将这些结构【gòu】转移到光伏（PV）系统的优【yōu】化潜力被发现远【yuǎn】高于【yú】预【yù】期。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（前身是KIT，现在【zài】的Caltech）团【tuán】队的【de】科学家们在【zài】薄膜太阳能电池的硅吸收层中再现了【le】蝴蝶的【de】纳米【mǐ】结构【gòu】。

随后对【duì】光【guāng】吸收率的分析产生【shēng】了有希望的结果：与【yǔ】光【guāng】滑表面【miàn】相比【bǐ】，垂直入射光的吸收率增【zēng】加了97％，并且改变入射【shè】角度，其【qí】吸收率持续上升【shēng】，直到以50度的入射角入射【shè】时吸收率到【dào】207％。

“这在欧洲气【qì】候的【de】阳光照【zhào】射条件下【xià】特别有意思。通常情况下，我们的【de】散射光几乎【hū】不【bú】会落【luò】在【zài】太阳能【néng】电池的垂直角【jiǎo】上，“Hendrik Hölscher说到。

然而，IMT的Guillaume Gomard表示，这并不【bú】意味着整个光伏【fú】系统的效率通过这一相【xiàng】同的因【yīn】素而【ér】得到同【tóng】样的提【tí】高。“其他组件也发【fā】挥着一定的作【zuò】用【yòng】。

因此，200％被认为是提高效率的理论极限。”

在将纳米结【jié】构转移【yí】到太阳【yáng】能【néng】电池之前，研究人员【yuán】通过扫描电子显微镜确【què】定了蝴蝶翅膀【bǎng】上的纳米【mǐ】孔的【de】直径和排布。

然后，他【tā】们【men】在计算机【jī】模拟【nǐ】中分【fèn】析了各种孔图案的光吸收率。他们发【fā】现，对于周【zhōu】期性排【pái】列的单尺寸纳米孔，不同【tóng】直径的无序孔（如黑【hēi】蝶【dié】中发现【xiàn】的那些孔）在不同入射【shè】角【jiǎo】度下在整个光谱上产生了最稳定的【de】吸收率【lǜ】。

因此【cǐ】，研究【jiū】人员在【zài】薄膜光伏吸收器【qì】中引入了无序的【de】定位孔，直【zhí】径从133纳米到343纳米不等【děng】。

科学家们证明，通过去除材料可以大大提高光输出。

在这【zhè】个项目中，他们使用氢化非晶【jīng】硅。据研【yán】究【jiū】人员们【men】介绍，任何类型的薄膜光伏技术都可以【yǐ】用这样的纳米结构来改善【shàn】，也【yě】可以【yǐ】在工业上得到改【gǎi】善。

最近，德国卡尔斯【sī】鲁厄理【lǐ】工学院的研究【jiū】人员从红珠凤蝶翅膀上【shàng】纳米结构的“孔”中汲取灵【líng】感，成功【gōng】地将【jiāng】这些纳【nà】米结构转移应用于太阳能电池，提高太阳能电池的光【guāng】线吸收率【lǜ】达200%。这种纳【nà】米孔比【bǐ】起【qǐ】光【guāng】滑【huá】的表【biǎo】面【miàn】，吸收的光谱范【fàn】围【wéi】要宽得多。

背景

参考资料

【1】https://www.kit.edu/kit/english/pi_2017_153_butterfly-wing-inspires-photovoltaics-light-absorption-can-be-enhanced-by-up-to-200-percent.php

【2】Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie,Guillaume Gomard,Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova,UliLemmer, Hendrik Hölscher.Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers.Science Advances,2017; 3 (10): e1700232 DOI: 10.1126/sciadv.1700232

来源：实验帮、智物创新