Группе ученых из США и Германии удалось изобрести и протестировать новый материал для солнечных батарей, который сможет повысить их эффективность в два раза. Прообразом нового материала стали крылья черной бабочки вида Pachliopta aristolochiae. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Что особенного в крыльях этой бабочки?
Отметим, что необычные оптические свойства крыльев различных бабочек давно интересуют ученых. К слову, именно благодаря изучению строения этой части тела в свое время стало возможным производство синтетических фотонных кристаллов.
В современных солнечных батареях эффективность поглощения солнечного света находится в сильной зависимости от угла падения. Это создает большие сложности при их установке и постройке солнечных электростанций, т.к. необходимо правильно их ориентировать.
Черная бабочка вида Pachliopta aristolochiae известна тем, что может изменять свою терморегуляцию за счет управления интенсивностью поглощения света своими крыльями. При этом от изменения угла падения света интенсивность поглощения практически не меняется. Именно поэтому строение крыла черной бабочки стало основой для разработки нового материала для солнечных батарей.
Для этого учеными было изучено строение структуры верхней и нижней поверхностей крыла бабочки и зависимость интенсивности поглощения света от длины волны. Опытным путем удалось выяснить, что строение поверхностей крыла очень сильно отличается друг от друга, а рельеф на всех уровнях имеет четкую иерархическую структуру. Структура, поглощающая больше всего света, состоит из полостей цилиндрической формы разного диаметра. Для повышения диапазона угла падения, при котором возможно поглощение света, над полостями проходит слой тонких лопастей, направленных под определенным углом к поверхности крыла. Именно они отражают свет таким образом, чтобы он попадал прямо внутрь полостей. Благодаря этому, эффективность энергопоглощения повышается на 90%.
И теперь для солнечных батарей будут использовать бабочек?
После того, как специалисты на компьютере смоделировали строение крыла бабочки вида Pachliopta aristolochiae, была сделана тонкая пленка из аморфного кремния с добавлением водорода. Испытания показали, что она способна поглощать до 90% света, который падает под прямым углом к поверхности, и более 50% — под другими углами. Таким образом, эффективность поглощения света этой пленкой ровно в два раза больше, чем от материалов, использующихся в современных солнечных батареях.
