黑蝴蝶增强光伏光吸收，高达200％

Pachliopta aristolochiae的纳米结构可以转移到太阳能电池中，并将其吸收率提高至200％。（图形：Radwanul H. Siddique，Kit / Caltech）

新的研究重点介绍了黑蝴蝶（Pachliopta Aristolochiae）的翅膀，这些鳞片被收获阳光和角度范围内的微型和纳米结构鳞片覆盖，以改善光伏。

太阳能电池反射的阳光被丢失为未使用的能量。蝴蝶杆菌菌的翅膀由纳米结构（纳米孔）钻出，纳米结构（纳米孔）有助于在宽的光谱比光滑表面上吸收光。Karlsruhe理工学院（套件）的研究人员现在已经成功地将这些纳米结构转移到太阳能电池，并因此将光吸收率提高至200％。科学家们在学期刊上报告了他们的业绩。

“我们研究的蝴蝶是非常黑的黑色。这表示它完美吸收了阳光，以实现最佳热量管理。比其外观更加令人迷恋，是有助于达到高吸收的机制。当Kit的微观结构技术研究所（IMT）的Hendrikhölscher博士说，将这些结构转移到光伏（PV）系统时的优化潜力远高于预期。“

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（以前的套件）的科学家们在薄膜太阳能电池的硅吸收层中再现了蝴蝶纳米结构。随后的光吸收分析产生了有希望的结果：与光滑的表面相比，垂直入射光的吸收率增加了97％并连续上升，直到它以50度的入射角达到207％。“这在欧洲条件下特别有趣。经常，我们的漫反射散射光以垂直角度几乎落在太阳能电池上，“Hendrikhölscher说。

然而，这并未自动意味着完整的PV系统的效率通过同一因素增强，IMT的Guillaume Gomard Goillaume Gomard。“其他组件也发挥作用。因此，200％被认为是效率增强的理论限制。“

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蝴蝶机翼上的纳米孔的直径和布置。然后，他们分析了计算机模拟中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，在可变的入射角的完全光谱中产生了最稳定的吸收率，相对于周期性地布置的单泽纳米孔。因此，研究人员在薄膜PV吸收器中引入了无序定位的孔，直径从133到343纳米变化。

科学家们证明了通过去除材料可以大大提高光率。在该项目中，它们与氢化非晶硅合作。然而，根据研究人员，可以通过这种纳米结构改善任何类型的薄膜PV技术，也可以在工业规模上提高。

背景信息：

薄膜PV模块代表传统晶体硅太阳能电池的经济上有吸引力的替代方案，因为光吸收层薄于1000倍，因此，材料消耗减少。仍然，薄层的吸收率低于结晶硅电池的吸收率。因此，它们用于需要小功率的系统，例如口袋计算器或手表。增强的吸收将使薄膜细胞对较大的应用更具吸引力，例如屋顶上的光伏系统。

出版物：Radwanul H. Siddique等，“Bioinspired相分离的无序纳米结构，用于薄光伏吸收器，”科学推进2017年10月19日：卷。 3，不。 10，E1700232; DOI：10.1126 / sciadv.1700232