Крылья бабочки вдохновили новый тип солнечных батарей, которые могут собирать свет в два раза эффективнее, чем раньше, и в один прекрасный день могут улучшить наши солнечные батареи.
Панели солнечных батарей обычно изготавливаются из толстых солнечных элементов и расположены под углом, чтобы получать наибольшее количество света от солнца, когда оно движется в течение дня. Тонкие пленочные солнечные элементы, которые могут иметь толщину всего лишь в нанометры, обладают большим потенциалом. Они дешевле и легче, но поскольку они менее эффективны, мы обычно используем их только в часах и калькуляторах вместо солнечных батарей. Ученые изучили черные крылья бабочки и скопировали структуру для создания более тонких солнечных элементов. В отличие от других типов ячеек, они могут поглощать много света независимо от угла. Результаты были опубликованы в журнале Science Advances.
Rose butterfly является родной для Юго-Восточной Азии. Поскольку они хладнокровны и нуждаются в солнечном свете, чтобы летать, ее черные крылья развились, чтобы быть очень хорошими в поглощении энергии. «Самое интересное, что бабочки, которые развили эти сложные структуры в результате селекции в течение миллионов лет, по-прежнему опережают нашу технику», - написал в электронном письме профессор биологии Винод Саранатан. .
Чтобы понять, почему эти бабочки настолько эффективны, ученые во главе с биоинженером Радванулем Сиддиком из Калифорнийского технологического института смотрели на крылья под электронным микроскопом и создали трехмерную модель наноструктур крыльев. Крылья построены из крошечных чешуек, которые покрыты случайно распределенными отверстиями. Эти отверстия помогают бабочке рассеивать свет и поглощать тепло.
Отверстия случайны по размеру, распределению и форме, говорит Сиддик. Используя компьютерные модели, команда выяснила, что положение и порядок важны для поглощения света, но форма не имеет значения. Затем они создали аналогичную структуру, используя чрезвычайно тонкие листы гидрированного аморфного кремния, которые имеют отверстия того же типа.
«Я думаю, что интересным является отличный подход к рассмотрению основных физиологических концепций, а затем принятие этих концепций и подражание им в структуре, которая выглядит не совсем так, как выглядит бабочка, но делает ту же физику», - говорит Матиас Колле, профессор техники Массачусетского технологического института, который не участвовал в исследовании. Он добавил, что дизайн нужно будет масштабировать, но методы изготовления, обсуждаемые в статье, были относительно простыми. (Сиддик говорит, что для изготовления этих листов потребовалось около 10 минут).
Большинство солнечных панелей расположены под углом, что означает, что они генерируют много энергии в течение нескольких часов, а затем не так много в остальное время. Солнечные батареи, использующие технику Сиддика, могут производить больше энергии в течение дня. Хотя Сиддик сейчас в CalTech, он провел это исследование как часть своей докторской работы в Германии, а некоторые члены его старой лаборатории уже получили финансирование от Немецкого исследовательского фонда для работы с солнечными батареями и светодиодами.
