Solljus som reflekteras av solceller går förlorat som oanvänd energi. Fjärilens vingar Pachliopta aristolochiae borras av nanostrukturer (nanohål) som hjälper till att absorbera ljus över ett brett spektrum mycket bättre än släta ytor. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu lyckats överföra dessa nanostrukturer till solceller och, Således, förbättrar deras ljusabsorptionshastighet med upp till 200 procent. Forskarna rapporterar sina resultat i tidskriften Vetenskapens framsteg .

"Fjärilen som vi studerar är väldigt mörksvart. Detta betyder att den absorberar solljus perfekt för optimal värmehantering. Ännu mer fascinerande än dess utseende är mekanismerna som hjälper till att nå den höga absorptionen. Optimeringspotentialen när dessa strukturer överförs till solceller (PV). ) system visade sig vara mycket högre än förväntat, " säger Dr Hendrik Hölscher från KIT:s Institute of Microstructure Technology (IMT).

Forskarna i laget av Hendrik Hölscher och Radwanul H. Siddique (tidigare KIT, nu Caltech) reproducerade fjärilens nanostrukturer i det kiselabsorberande lagret av en tunnfilmssolcell. Efterföljande analys av ljusabsorption gav lovande resultat:Jämfört med en slät yta, absorptionshastigheten för vinkelrätt infallande ljus ökar med 97 % och stiger kontinuerligt tills den når 207 % vid en infallsvinkel på 50 grader. "Detta är särskilt intressant under europeiska förhållanden. Ofta, vi har diffust ljus som knappast faller på solceller i en vertikal vinkel, " säger Hendrik Hölscher.

Dock, detta innebär inte automatiskt att effektiviteten hos hela solcellssystemet förbättras av samma faktor, säger Guillaume Gomard på IMT. "Också andra komponenter spelar en roll. Därför, de 200 procenten är att betrakta som en teoretisk gräns för effektivitetsförbättring."

Innan nanostrukturerna överförs till solceller, forskarna bestämde diametern och arrangemanget av nanohålen på fjärilens vinge med hjälp av svepelektronmikroskopi. Sedan, de analyserade ljusabsorptionshastigheterna för olika hålmönster i en datorsimulering. De fann att oordnade hål med olika diametrar, som de som finns i den svarta fjärilen, producerade de mest stabila absorptionshastigheterna över hela spektrumet vid varierande infallsvinklar, med avseende på periodiskt arrangerade nanohål i en storlek. Därav, forskarna introducerade oordnat placerade hål i en tunnfilms PV-absorbator, med diametrar som varierar från 133 till 343 nanometer.

Forskarna visade att ljusutbytet kan förbättras avsevärt genom att ta bort material. I projektet, de arbetade med hydrerat amorft kisel. Enligt forskarna, dock, alla typer av tunnfilms PV-teknik kan förbättras med sådana nanostrukturer, även i industriell skala.

Tunnfilms PV-moduler representerar ett ekonomiskt attraktivt alternativ till konventionella kristallina kiselsolceller, eftersom det ljusabsorberande skiktet är tunnare med en faktor på upp till 1000 och, därav, materialförbrukningen minskar. Fortfarande, absorptionshastigheten för tunna skikt är lägre än för kristallina kiselceller. Därav, de används i system som behöver lite ström, såsom fickräknare eller klockor. Förbättrad absorption skulle göra tunnfilmsceller mycket mer attraktiva för större applikationer, som solcellsanläggningar på tak.