導讀
最近， 德國卡爾斯魯厄理工學院的研究人員從紅珠鳳蝶翅膀上納米結構的“孔”中汲取靈感， 成功地將這些納米結構轉移應用於太陽能電池， 提高太陽能電池的光線吸收率達200%。 這種納米孔比起光滑的表面， 吸收的光譜範圍要寬得多。
關鍵字
太陽能、電池、仿生學
背景
作為新能源的代表， 太陽能具有清潔、環境友好、可再生、易獲取、低成本等優勢。 太陽能電池是人類利用太陽能的一個典型產品， 傳統的太陽能電池大多數採用晶體矽作為材料。
（圖片來源於：維琪百科）
然而， 相對于傳統的晶體矽太陽能電池， 薄膜光伏模組是一個經濟上頗具吸引力的替代品， 因為它的光線吸收層可薄至1/1000， 因此材料消耗大大降低。
（圖片來源於：維琪百科）
但是， 這些薄層的光線吸收率要低於那些晶體矽太陽能電池。 所以， 他們在那些需要能量較少的系統中使用， 例如袖珍計算器和手錶。 對於更大規模的應用例如屋頂上光伏系統來說， 改善光線吸收率將使得薄膜太陽能電池變得更具吸引力。
然而， 問題的關鍵在於：太陽能電池反射的太陽光， 會作為未經使用的能量而浪費掉。
創新
之前， 筆者已經介紹過多個“仿生學”相關的創新案例，
這一次， 科學家們再一次從大自然中獲取靈感。 紅珠鳳蝶（Pachliopta aristolochiae）是一種外表非常美麗的生物， 翅膀上具有納米結構的孔， 簡稱“納米孔”。 這種納米孔比起光滑的表面， 吸收的光譜範圍要寬得多。
（圖片來源於：維琪百科）
德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員成功地將這些納米結構轉化為太陽能電池， 這樣將提高其光線吸收率達200%。
技術
卡爾斯魯厄理工學院微結構技術研究所（IMT）的博士 Hendrik Hölscher 表示：
“我們研究的蝴蝶是深黑色的。 這標誌著它完美地吸收太陽光， 以達到最佳的熱量管理。 比外表更迷人的是使它達到高的光線吸收率的機制。 將這些結構轉化為光伏電池（PV）所顯示出來的優化能力， 遠遠高於我們的期望。 ”
Hendrik Hölscher 和 Radwanul H. Siddique（之前在KIT， 現在在Caltech）所在的科學家團隊在薄膜太陽能電池的矽吸收層中，
“在歐洲的條件下， 這是特別引人關注的。 在垂直角度上， 我們時常難以讓漫反射光落到太陽能電池上。 ”
然而， 這並不是順理成章地暗示， 整個光伏系統的效率都由相同的因素而提高。 IMT 的 Guillaume Gomard 表示：
“其他組件也在發揮作用。 因此， 200%被認為是效率提高的理論極限。 ”
在將納米結構轉移到太陽能電池之前， 研究人員通過掃描電子顯微鏡， 確定了蝴蝶翅膀上納米孔的直徑和排列。 然後， 他們通過電腦模擬分析了各種洞圖案的光線吸收率。 相對於那些週期性組織的納米孔，他們發現不同直徑的無序孔，例如那些在黑蝴蝶中發現的，在跨越各種入射角的全光譜上，具有最穩定的光線吸收率。
因此，研究人員在薄膜光伏吸收器中引進了位置無序、直徑在133納米至343納米之間的各種孔。科學家們展示，通過去除材料，光線輸出能夠大幅度提高。在這個專案中，他們的工作對象是氫化非晶矽。
價值
據研究人員稱，任何類型的薄膜光伏技術都可以通過這種納米結構進行改善，包括工業生產規模的。
參考資料
【1】https://www.kit.edu/kit/english/pi_2017_153_butterfly-wing-inspires-photovoltaics-light-absorption-can-be-enhanced-by-up-to-200-percent.php
【2】Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie, Guillaume Gomard, Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova, Uli Lemmer, Hendrik Hölscher. Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers. Science Advances, 2017; 3 (10): e1700232 DOI: 10.1126/sciadv.1700232
更多前沿技術和創新產品，請關注微信公眾號：IntelligentThings，或者聯繫作者個人微信：JohnZh1984
相對於那些週期性組織的納米孔，他們發現不同直徑的無序孔，例如那些在黑蝴蝶中發現的，在跨越各種入射角的全光譜上，具有最穩定的光線吸收率。
因此，研究人員在薄膜光伏吸收器中引進了位置無序、直徑在133納米至343納米之間的各種孔。科學家們展示，通過去除材料，光線輸出能夠大幅度提高。在這個專案中，他們的工作對象是氫化非晶矽。
價值
據研究人員稱，任何類型的薄膜光伏技術都可以通過這種納米結構進行改善，包括工業生產規模的。
參考資料
【1】https://www.kit.edu/kit/english/pi_2017_153_butterfly-wing-inspires-photovoltaics-light-absorption-can-be-enhanced-by-up-to-200-percent.php
【2】Radwanul H. Siddique, Yidenekachew J. Donie, Guillaume Gomard, Sisir Yalamanchili, Tsvetelina Merdzhanova, Uli Lemmer, Hendrik Hölscher. Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers. Science Advances, 2017; 3 (10): e1700232 DOI: 10.1126/sciadv.1700232
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