蝴蝶翼激发光伏发电：光吸收率可提高200％

太阳能电池反射的阳光作为未使用的能量而损失。蝴蝶Pachliopta aristolochiae的翅膀由纳米结构(纳米孔)钻孔，有助于在宽光谱范围内吸收光线，远远优于光滑表面。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员现已成功地将这些纳米结构转移到太阳能电池中，从而将其光吸收率提高了200%。科学家们在“ 科学进展 ”杂志上报道了他们的结果。

“我们研究的蝴蝶是非常深的黑色。这意味着它完美地吸收太阳光以实现最佳的热量管理。比其外观更有吸引力的是有助于达到高吸收的机制。将这些结构转移到光伏发电时的优化潜力(PV)系统被发现远高于预期，“KIT微结构技术研究所(IMT)的HendrikHölscher博士说。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique(前身为KIT，现为加州理工学院)团队的科学家们在薄膜太阳能电池的硅吸收层中再现了蝴蝶的纳米结构。随后对光吸收的分析产生了有希望的结果：与光滑表面相比，垂直入射光的吸收率增加了97%并且持续上升，直到它以50度的入射角达到207%。“这在欧洲条件下特别有趣。通常，我们的漫射光几乎不会以垂直角度落在太阳能电池上，”HendrikHölscher说。

然而，IMT的Guillaume Gomard表示，这并不意味着整个光伏系统的效率会因同一因素而增强。“其他组成部分也发挥了作用。因此，200%被认为是提高效率的理论极限。”

在将纳米结构转移到太阳能电池之前，研究人员通过扫描电子显微镜确定了蝴蝶翅膀上纳米孔的直径和排列。然后，他们在计算机模拟中分析了各种孔图案的光吸收率。他们发现不同直径的无序孔，例如在黑色蝴蝶中发现的那些，相对于周期性排列的单一化纳米孔，在可变入射角下在整个光谱上产生最稳定的吸收率。因此，研究人员在薄膜PV吸收器中引入了无序定位孔，直径从133纳米到343纳米不等。

科学家证明，通过去除材料可以大大提高光输出。在该项目中，他们使用氢化非晶硅。然而，研究人员表示，任何类型的薄膜光伏技术都可以通过这种纳米结构得到改善，同样在工业规模上也是如此。

背景资料

薄膜PV模块代表了传统晶体硅太阳能电池的经济上有吸引力的替代方案，因为光吸收层更薄达1000倍，因此材料消耗减少。然而，薄层的吸收率低于晶体硅电池的吸收率。因此，它们用于需要很少功率的系统，例如袖珍计算器或手表。增强吸收将使薄膜电池对更大的应用更具吸引力，例如屋顶上的光伏系统。