Подражая наноструктуре крыльев бабочки черного цвета, исследователи удвоили количество энергии, которую солнечные панели преобразуют в электричество.
Микроскопический рисунок на крыльях бабочки показал ученым, как уловить больше солнечной энергии в солнечных батареях.
Крылышки черной бабочки вида парусник кирказоновый покрыты неравномерной решеткой хитина и меланина. На эти структуры обратил внимание Радван Сиддик, инженер, пытающийся разработать технику построения 3D-наноструктур в рамках его докторской работы в Институте технологии Карлсруэ в Германии.
Сиддик натолкнулся на описание крыльев бабочки в ходе своих исследований. Своеобразная решетка помогает хладнокровному насекомому регулировать температуру своего тела, сохраняя его достаточно теплым, чтобы летать в прохладную погоду.
— Я был настолько заинтригован, что я буквально посетил множество питомников бабочек и собрал несколько бабочек. Черная бабочка была одной из них. Я помещал их под электронный микроскоп и смотрел на структуру, — сказал Сиддик.
По его словам, эти отверстия имеют ширину менее миллионной метра, но они рассеивают свет и помогают бабочке поглощать больше солнечного тепла.
— Они используют эти наноструктуры для улучшения абсорбции. Поэтому я спросил: «Можем ли мы использовать такие же наноструктуры в типе солнечных элементов, которые не популярны из-за плохого поглощения?» — заявил ученый.
Подражая строению крыла этой бабочки на листе гидрированного аморфного кремния, он и его коллеги из Карлсруэ смогли захватить более низкочастотные световые волны на длинах волн вблизи инфракрасного спектра, которые в противном случае не были бы преобразованы в энергию. Слой полимера, окрашенного круговыми углублениями различных размеров, перенесенных на кремниевую основу, смог собрать примерно вдвое больше энергии, получаемой гладкой поверхностью, и преобразовать ее в электричество. Увлечение этих углублений может повысить эффективность еще больше.
Данное исследование было в журнале Science Advances 18 октября. Оно является частью растущего объема исследований, направленных на повышение эффективности и уменьшение размеров солнечных элементов.
Способность производить солнечную энергию с помощью тонкой пленки, в отличие от более крупных, более типичных кристаллических ячеек, обещает сделать их более полезными. Они могут использоваться для питания персональной электроники или для более крупных проектов, таких как окна или другие строительные материалы.
Кстати, ранее в 2017 году исследователи из Австралии выгравировали фрактальный узор, вдохновленный листьями папоротника на листах графена, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для хранения и проведения энергия.
Сиддик отметил, что производство его материала, напоминающего крылья бабочки, является быстрым и простым. Решетку изготавливают с использованием капель бинарного полимерного раствора, который не смешивается с типом, используемым для изготовления листа.
— Способ, которым мы воспроизводим структуру, очень прост. Нам нужно всего от 5 минут до 10 минут, чтобы нанести наноструктуры на шестидюймовую пластину кремния, — заявил исследователь.