太阳能电池反射的阳光【guāng】作为未【wèi】使用的能【néng】源【yuán】而失去了。红珠凤蝶的【de】翅膀是【shì】由纳米【mǐ】结构（纳米孔【kǒng】）形成，这些【xiē】纳米结构可【kě】以帮助吸收比光滑表面更【gèng】宽的光谱。卡尔斯【sī】鲁厄理【lǐ】工学院（KIT）的研究人【rén】员现在【zài】已经成功地将这【zhè】些【xiē】纳米结构转移到太【tài】阳能电池上，从而将其【qí】光吸【xī】收【shōu】率提高了200％。科学家们在“Science Advances”发表了他们的【de】研【yán】究成果。

红【hóng】珠凤【fèng】蝶的翅膀的【de】纳米结构可【kě】以转移到太阳能电池上【shàng】，并将其吸收率提高【gāo】达【dá】200％。 （图片：Radwanul H. Siddique，KIT/加利福尼【ní】亚理工学院）

“我们研究【jiū】的蝴蝶非常黑。这意味着【zhe】它可【kě】以完美吸收阳光【guāng】，以【yǐ】实【shí】现最佳的热量管理。比蝴蝶自身外表更令人着迷的是【shì】蝴蝶【dié】翅膀的机【jī】制有助【zhù】于达到【dào】高度【dù】吸收【shōu】率。KIT微结构技术研究所（IMT）的Hendrik Hölscher博士【shì】表示，将这些结构转移到光伏（PV）系【xì】统的优化【huà】潜【qián】力【lì】被发现远高于预【yù】期。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（前身是KIT，现【xiàn】在的Caltech）团【tuán】队的科学家们在薄膜太阳能电池的【de】硅吸收层中再现了蝴【hú】蝶的纳米结【jié】构。随后对光吸收率的分【fèn】析产生了有希望【wàng】的结果：与光滑表面相比，垂直入射【shè】光的吸收【shōu】率增加了97％，并【bìng】且改变入【rù】射【shè】角【jiǎo】度，其吸收【shōu】率持【chí】续上【shàng】升，直到以【yǐ】50度的入射角入【rù】射时吸收【shōu】率【lǜ】到207％。

“这在【zài】欧洲气候的【de】阳【yáng】光照射条件下特别有意思【sī】。通常情况【kuàng】下，我们的【de】散【sàn】射光几乎不会落在太阳能电池的【de】垂直角上，“Hendrik Hölscher说到。

然而【ér】，IMT的Guillaume Gomard表示，这并不意味着整个光伏系统的效率【lǜ】通过这【zhè】一相同的因素而得【dé】到同样的提高。“其【qí】他组件【jiàn】也发挥着一定的作用【yòng】。因此，200％被认【rèn】为是【shì】提高效率的理【lǐ】论极限。”

在将纳米结构转移到太阳能电池之前，研究【jiū】人员通过扫【sǎo】描【miáo】电子显微镜确定了蝴蝶翅膀上的纳米孔的直【zhí】径和排布。然后，他【tā】们在计算机【jī】模拟中分析了各【gè】种孔【kǒng】图案的光吸【xī】收率。他【tā】们发现，对【duì】于周【zhōu】期性排列的单尺寸【cùn】纳米【mǐ】孔，不同直径的【de】无序孔（如【rú】黑蝶中【zhōng】发现的那些【xiē】孔）在不同入射角【jiǎo】度下【xià】在整【zhěng】个光谱上产【chǎn】生了最稳定的吸收率【lǜ】。因此，研究人员【yuán】在【zài】薄膜光伏吸【xī】收器【qì】中【zhōng】引入了无序【xù】的【de】定位孔，直径从133纳米到343纳米不等【děng】。

科学家们证明，通【tōng】过【guò】去除【chú】材【cái】料【liào】可以大大提高【gāo】光输出。在这个【gè】项【xiàng】目中，他们使用【yòng】氢化非【fēi】晶【jīng】硅。据研究人员们介绍【shào】，任何类型的薄膜光伏【fú】技术都可以用这样的纳米结构来改善【shàn】，也可以【yǐ】在工【gōng】业上得到改善。

最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院的【de】研究人员【yuán】从红【hóng】珠凤蝶【dié】翅膀上纳米结构的“孔”中汲取灵感，成功地将这些【xiē】纳米结构【gòu】转【zhuǎn】移应用于【yú】太阳能电池【chí】，提高太阳【yáng】能电【diàn】池的光线吸收率达200%。这种纳米孔比【bǐ】起光滑的表面，吸收【shōu】的【de】光谱范【fàn】围要宽得多【duō】。原文链接【jiē】：

 

背景

作为新能源的代【dài】表【biǎo】，太阳能具【jù】有清洁、环【huán】境【jìng】友好、可再生、易获【huò】取、低成本等优势。太阳能电池【chí】是人类利用太【tài】阳能【néng】的一个典型产品，传统的太【tài】阳能电池大多数采【cǎi】用晶【jīng】体硅作为材料。

 

然而，相【xiàng】对于传统【tǒng】的晶体硅【guī】太阳能电池，薄膜【mó】光伏模块是一个经【jīng】济上颇具吸引力的替代品【pǐn】，因【yīn】为它的光【guāng】线吸收【shōu】层可薄至1/1000，因此材料消耗大大降低。

但是，这【zhè】些薄层的光线吸【xī】收率要低于【yú】那些晶体硅太阳能电池。所以【yǐ】，他们【men】在【zài】那些【xiē】需要【yào】能量【liàng】较少的系统中使用，例如袖珍计【jì】算器和手表。对于更大规模的【de】应用例如屋顶上光伏系统来说，改善【shàn】光线吸收率将使得【dé】薄膜太【tài】阳能【néng】电池变得更【gèng】具吸引力。