太阳能电池反【fǎn】射的阳光作为未使【shǐ】用的能【néng】源而失去了。红珠凤蝶的【de】翅膀【bǎng】是由纳米【mǐ】结构（纳米孔）形成，这【zhè】些纳【nà】米结构可【kě】以帮助吸收比光滑【huá】表面更【gèng】宽的光【guāng】谱。卡尔斯【sī】鲁厄理【lǐ】工学院【yuàn】（KIT）的研究人员现在已经成功地将【jiāng】这些纳米结构转移到【dào】太阳能电【diàn】池上，从而将其【qí】光吸收率提高【gāo】了200％。科学家们在“Science Advances”发表了他们的【de】研究成【chéng】果。

红珠凤蝶的翅膀的纳米结构【gòu】可【kě】以转移到太阳能【néng】电池上【shàng】，并将其吸收率【lǜ】提【tí】高达200％。 （图片：Radwanul H. Siddique，KIT/加利福尼亚【yà】理工学院）

“我们【men】研究的【de】蝴蝶非【fēi】常黑。这意味【wèi】着【zhe】它可以完【wán】美【měi】吸收阳光，以实现【xiàn】最佳的热量管理。比蝴蝶自身外表更令人【rén】着迷【mí】的是蝴蝶翅膀的机制【zhì】有助【zhù】于达到高度吸收【shōu】率。KIT微结构技术研究【jiū】所（IMT）的【de】Hendrik Hölscher博士【shì】表示，将这些结构转移到光伏（PV）系【xì】统的【de】优化潜力被【bèi】发现远高于预期。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（前身是KIT，现在的Caltech）团队的科学家【jiā】们在【zài】薄膜太【tài】阳能电池的【de】硅吸收层中再现了蝴【hú】蝶的纳米结构。随【suí】后对光【guāng】吸【xī】收率的分析产生了有希望的【de】结果：与光滑表面相比，垂直【zhí】入射光的吸【xī】收率增加了97％，并且改变【biàn】入射角度【dù】，其吸收率【lǜ】持续上【shàng】升【shēng】，直【zhí】到以50度【dù】的【de】入射角入射时吸收【shōu】率【lǜ】到207％。

“这在欧洲气候的阳光照射【shè】条件【jiàn】下【xià】特别有意思。通常【cháng】情况下【xià】，我们的散射【shè】光几乎不会【huì】落在【zài】太阳能电池的垂直角上，“Hendrik Hölscher说到。

然而，IMT的Guillaume Gomard表【biǎo】示，这并不意味着整个光伏系统【tǒng】的效率通过【guò】这一相同的因素而得到同样的提【tí】高。“其【qí】他组件也【yě】发【fā】挥着一定【dìng】的【de】作用。因此，200％被认为是提高【gāo】效率的理论极【jí】限。”

在将纳【nà】米结【jié】构转移到太阳能【néng】电池之前，研究人员【yuán】通过扫描【miáo】电子显微镜确定了蝴蝶翅膀【bǎng】上的纳米孔的直径【jìng】和排布。然后【hòu】，他们在【zài】计算机模拟中分析【xī】了各【gè】种孔图案的光吸收率。他们发现，对【duì】于周期【qī】性排列的单尺寸【cùn】纳米孔，不同直径的无序【xù】孔（如【rú】黑【hēi】蝶【dié】中发【fā】现的那些孔【kǒng】）在不同入射角度下在整【zhěng】个光谱上产生了【le】最【zuì】稳【wěn】定的吸收【shōu】率。因此，研究人员在薄膜光伏【fú】吸收器中【zhōng】引入【rù】了无序的定【dìng】位孔，直径【jìng】从133纳米到【dào】343纳米不等。

科学家们【men】证明，通过去除材【cái】料可以大大提高【gāo】光输【shū】出。在这个【gè】项目中，他们使用氢化【huà】非晶硅。据研【yán】究人员们介【jiè】绍，任何【hé】类型的薄膜光伏【fú】技术都可以用这样【yàng】的纳米结构来改【gǎi】善，也可以在【zài】工业【yè】上得【dé】到改善【shàn】。

最近【jìn】，德【dé】国卡尔斯鲁厄理【lǐ】工【gōng】学院【yuàn】的【de】研【yán】究人员从红珠凤蝶翅膀上纳米结【jié】构的【de】“孔”中汲【jí】取灵【líng】感，成功地将这些纳【nà】米结构转移应用于太阳能电池，提【tí】高太阳能【néng】电池的光【guāng】线吸收率达200%。这种纳米孔比起光【guāng】滑的表面【miàn】，吸【xī】收【shōu】的光谱范围要宽得多。原文链接：

 

背景

作为新能源【yuán】的代【dài】表，太【tài】阳能具有清【qīng】洁【jié】、环【huán】境友好、可再生【shēng】、易获取、低成本等【děng】优势【shì】。太阳能电池【chí】是人类利用太阳能的【de】一个典型产品，传统的太【tài】阳能电池大多数采用晶体【tǐ】硅作【zuò】为材【cái】料。

 

然而，相对【duì】于传统的晶体硅太阳能电【diàn】池【chí】，薄膜光【guāng】伏模块【kuài】是一个经济上颇具吸引力的替代【dài】品，因为它的光线吸收【shōu】层【céng】可薄至1/1000，因此材【cái】料消耗大大【dà】降低【dī】。

但是，这些薄层的光线吸【xī】收【shōu】率要低于那些晶体硅【guī】太阳能电池。所以，他们【men】在那些需要能量较少的系统【tǒng】中使【shǐ】用，例如袖珍计算器【qì】和手【shǒu】表。对【duì】于【yú】更大规【guī】模的应用例如【rú】屋顶上光伏系统来说，改善光线吸收率将【jiāng】使【shǐ】得薄【báo】膜【mó】太阳【yáng】能电池变得更具吸引力。