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【lì】福尼亚理【lǐ】工学【xué】院）

“我们【men】研究的蝴蝶【dié】非常黑【hēi】。这意味【wèi】着它可以完美吸【xī】收阳光，以实【shí】现最佳【jiā】的热量管理。

比蝴【hú】蝶自身【shēn】外【wài】表更【gèng】令人【rén】着迷的是蝴蝶翅膀的机制有【yǒu】助于达到高度吸收率。

KIT微【wēi】结构技术研究所（IMT）的Hendrik Hölscher博士表示，将这些结【jié】构【gòu】转【zhuǎn】移到光伏【fú】（PV）系【xì】统的优化潜力被发现远【yuǎn】高于预期。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（前身【shēn】是KIT，现在的【de】Caltech）团队的科学家们在薄膜【mó】太阳能电池的硅【guī】吸收层中再【zài】现了蝴蝶的纳米结构。

随后对光吸收【shōu】率的【de】分析产生了有希望的结果：与光滑表【biǎo】面相【xiàng】比【bǐ】，垂直入射光的吸收率增加了97％，并且改变入射角度【dù】，其吸收【shōu】率【lǜ】持【chí】续【xù】上升，直到以【yǐ】50度的入【rù】射【shè】角入【rù】射时吸收率【lǜ】到207％。

“这在欧洲气候的阳光照射条件下特别有意【yì】思【sī】。通【tōng】常【cháng】情况下，我们的散射光几乎不会落在太阳能电池【chí】的垂直角上，“Hendrik Hölscher说【shuō】到。

然【rán】而，IMT的Guillaume Gomard表示【shì】，这并不意【yì】味着整个光伏系统的效率【lǜ】通过这【zhè】一【yī】相【xiàng】同的【de】因素而得到同样的提高。“其他组件也发挥着一定的作用【yòng】。

因此，200％被认为是提高效率的理论极限。”

在将纳【nà】米结【jié】构转移到太【tài】阳能电池之前【qián】，研究人员通【tōng】过扫描电子【zǐ】显微镜确定【dìng】了蝴蝶翅膀上【shàng】的纳米孔的直【zhí】径和排布。

然后，他们在计算【suàn】机模拟中分析了各【gè】种孔图案【àn】的光吸【xī】收率【lǜ】。他们发现【xiàn】，对于周【zhōu】期性排列的单【dān】尺寸纳米孔，不同直【zhí】径的无【wú】序【xù】孔（如黑蝶中发现的【de】那些孔）在不同入射角度【dù】下在整个光谱上产生【shēng】了最稳定的吸收【shōu】率【lǜ】。

因此，研究人员在薄膜光【guāng】伏吸【xī】收器【qì】中引入了无序的定位孔【kǒng】，直【zhí】径从133纳米到343纳米不【bú】等。

科学家们证明，通过去除材料可以大大提高光输出。

在这个项【xiàng】目中【zhōng】，他们使用【yòng】氢化非晶硅【guī】。据研【yán】究人员们介绍【shào】，任何类【lèi】型的薄膜光伏技【jì】术都可【kě】以用这样【yàng】的纳米结构来改善，也【yě】可以在工业上得到改善。

最近，德国卡尔斯【sī】鲁厄【è】理工学院的【de】研究人员从红珠【zhū】凤蝶翅膀上纳米【mǐ】结【jié】构的【de】“孔”中【zhōng】汲【jí】取灵【líng】感，成功地将【jiāng】这些纳【nà】米结构转移应用于太阳能电池，提高【gāo】太阳能电池的光线吸收【shōu】率达200%。这种纳【nà】米【mǐ】孔比起光滑的表面，吸收的光谱范围要【yào】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