Чёрные крылья бабочки стали прообразом улучшенных солнечных батарей

Существенного улучшения эффективности тонкоплёночных солнечных батарей удалось добиться команде, объединившей исследователей из Калтеха и Технологического Института Карлсруэ (Германия). В статье, вышедшей в журнале Science Advances, они рассказали, что на идею светопоглощающей архитектуры верхнего слоя фотоэлектрической панели они натолкнулись, изучая под электронным микроскопом строение крыльев бабочки.

Поверхность крыльев угольно-чёрной бабочки Pachliopta aristolochiae, обитающей в Юго-Восточной Азии, покрыта мельчайшими чешуйками, наноструктура которых обеспечивает поглощение солнечных лучей в широком диапазоне углов падения и длин волн. Такая адаптация помогает холоднокровному насекомому оставаться активным при снижении температуры воздуха.

Электронные снимки показали, что чешуйки полностью покрыты сквозными отверстиями нерегулярной формы, разделёнными узкими переборками. Наряду с поглощением света такое строение позволяет сделать крылья более лёгкими.

Авторы провели микроспектральные исследования образцов и оптическое моделирование полной объёмной структуры чешуек. На основе этих экспериментов они попытались создать похожие структуры в лабораторных условиях, используя в качестве основы плёнку гидрогенизированного аморфного кремния.

Предложенный группой метод изготовления «дырчатого» поглотителя прост и занимает от 5 до 10 минут. Он базируется на самоорганизующемся процессе разделения фаз в растворе бинарного полимера.

Верхний слой с мельчайшими отверстиями разного диаметра рассеивает падающие лучи, из-за чего поглощение света в нижнем слое кремния увеличивается. В лабораторных испытаниях прирост поглощения при нормальном падении лучей составил 90%, а при увеличении угла достигал 200%.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365