«Изучаемая нами бабочка очень темно-черного цвета. Это означает, что она отлично поглощает солнечный свет для оптимального управления теплом. Еще более увлекательными, чем его внешний вид, являются механизмы, которые помогают достичь высокого поглощения.
Потенциал оптимизации при переводе этих структур на фотоэлектрические системы (PV ) системы оказались намного лучше, чем ожидалось », — говорит д-р Хендрик Хольшер из Института микроструктурных технологий (IMT) KIT.Ученые команды Хендрика Хольшера и Радванула Х. Сиддика (ранее KIT, теперь Caltech) воспроизвели наноструктуры бабочки в поглощающем кремнии слое тонкопленочного солнечного элемента. Последующий анализ поглощения света дал многообещающие результаты: по сравнению с гладкой поверхностью коэффициент поглощения перпендикулярно падающего света увеличивается на 97% и постоянно увеличивается до 207% при угле падения 50 градусов. «Это особенно интересно в европейских условиях. Часто у нас есть рассеянный свет, который почти не падает на солнечные элементы под вертикальным углом», — говорит Хендрик Хольшер.
Однако это не означает автоматически, что эффективность всей фотоэлектрической системы повышается за счет того же фактора, — говорит Гийом Гомар из IMT. «Также играют роль другие компоненты. Следовательно, 200 процентов следует рассматривать как теоретический предел для повышения эффективности».
Перед переносом наноструктур на солнечные элементы исследователи определили диаметр и расположение наноотверстий на крыле бабочки с помощью сканирующей электронной микроскопии. Затем они проанализировали скорость поглощения света для различных рисунков отверстий в компьютерном моделировании.
Они обнаружили, что неупорядоченные отверстия разного диаметра, такие как те, что есть у черной бабочки, дают наиболее стабильные скорости поглощения по всему спектру при переменных углах падения по сравнению с периодически расположенными моноразмерными наноотверстиями. Следовательно, исследователи ввели неупорядоченно расположенные отверстия в тонкопленочном фотоэлектрическом поглотителе с диаметром от 133 до 343 нанометров.Ученые продемонстрировали, что световой выход можно значительно увеличить, удалив материал. В проекте работали с гидрогенизированным аморфным кремнием.
Однако, по словам исследователей, с помощью таких наноструктур можно улучшить любой тип тонкопленочной фотоэлектрической технологии, в том числе в промышленном масштабе.Исходная информацияТонкопленочные фотоэлектрические модули представляют собой экономически привлекательную альтернативу обычным солнечным элементам из кристаллического кремния, поскольку светопоглощающий слой тоньше до 1000 раз и, следовательно, уменьшается расход материала.
Тем не менее, скорость поглощения тонких слоев ниже, чем у ячеек из кристаллического кремния. Следовательно, они используются в системах, требующих небольшого количества энергии, таких как карманные калькуляторы или часы.
Повышенное поглощение сделает тонкопленочные элементы гораздо более привлекательными для более крупных приложений, таких как фотоэлектрические системы на крышах.