“玫瑰花瓣”,效率最高的太阳能电池

图①为放大的玫瑰花瓣表面,科学家仿制其结构(图②)并用于制作太阳能电池(图③)。

德国研究人员最近发现,仿制玫瑰花瓣可以提高太阳能电池效率。当太阳光入射角为80度时,提升效果可达44%。这有助于提高太阳能电池的实用性。

每次当人类在将太阳光转换为可用能的技术取得巨大进步时,我们内心都沾沾自喜。但众所周知,植物在利用太阳能这件事情上已经进行了成千上万年。意识到这一点,科学家们揭开了玫瑰花瓣的奥秘并制备了一款可显著提高太阳能电池效率的薄膜。他们的研究结果已经发表于Advanced Optical Materials。

来自德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)、太阳能研究中心和巴登—符腾堡州氢研究所(ZSW)的研究人员们通过观察不同种类植物表皮细胞的光学特性开始进行研究。他们对细胞表层对光进行吸收而不是反射的这个特性十分感兴趣,而玫瑰花瓣吸收光的能力尤其显著。

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卡尔斯鲁厄理工学院报告称:“科学家们在电镜下发现,玫瑰花瓣的表皮是由混乱无序的密排微观结构组成,附有随机摆放的纳米结构形成的肋状物。”这种结构不仅让玫瑰吸收了更多的太阳光,并且它创造鲜艳的色彩可以达到协助花瓣吸引昆虫授粉的目的。因此,研究人员采用硅基聚合物对玫瑰花瓣外层进行仿制。

它实际上就是制造一个模具,然后将透明光学胶倒进模具中并在紫外光下进行固化。将此玫瑰花瓣表皮结构的透明仿制品置于太阳能电池上,发现当太阳光垂直入射时电池效率提高12%。光的入射角越大,电池效率提升越显著,当入射角为80度时,效率提升了44%。

今年5月,科学家们在太阳能电池效率上创下了34.5%能量转化率的记录。采用各种方法(诸如仿制玫瑰花瓣结构)以提升太阳能电池的效率,有助于使太阳能尽早成为实用能源。研究人员目前正在研究无序表面结构的影响,比如玫瑰花瓣表皮对其他感光表面的作用,希望能找到进一步提升太阳能电池效率的方法

文   中国科学报

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