太阳能电池反射的阳光作为【wéi】未使用【yòng】的能源而失去了。红珠【zhū】凤蝶的翅【chì】膀是由纳米结构（纳米孔）形成，这些纳米结构可【kě】以帮助吸收比【bǐ】光滑表面更【gèng】宽的【de】光【guāng】谱。卡尔【ěr】斯鲁厄【è】理工学院（KIT）的研究人员现在【zài】已经成【chéng】功【gōng】地【dì】将【jiāng】这些纳米结构【gòu】转移到太阳【yáng】能电【diàn】池上，从而将其【qí】光吸收【shōu】率提高了200％。科【kē】学家【jiā】们在“Science Advances”发表了他们的【de】研究【jiū】成果。

红【hóng】珠凤蝶的翅膀的纳【nà】米结构可【kě】以转移【yí】到【dào】太阳能电【diàn】池上，并将其吸收率提高达200％。 （图片：Radwanul H. Siddique，KIT/加利福【fú】尼亚【yà】理工学院）

“我们研【yán】究的【de】蝴蝶非常黑【hēi】。这意【yì】味着它【tā】可以完美吸收阳【yáng】光，以实现最佳【jiā】的【de】热量管理【lǐ】。比蝴蝶【dié】自身外表更令人着迷【mí】的【de】是蝴蝶翅【chì】膀的机【jī】制有助于达到【dào】高度吸收率。KIT微结构技术研究所（IMT）的Hendrik Hölscher博士表示，将这些结构转移到光伏【fú】（PV）系【xì】统的优化潜力【lì】被发现远高【gāo】于预期【qī】。

HendrikHölscher和Radwanul H. Siddique（前【qián】身是KIT，现在的【de】Caltech）团队【duì】的科学家们在【zài】薄膜太阳能电池【chí】的硅吸收层中再现了蝴蝶的纳米【mǐ】结构。随后对光【guāng】吸收率的分析产生【shēng】了有希【xī】望的【de】结果：与光滑表面相比，垂直入【rù】射光的【de】吸收率增加了【le】97％，并且改变入射角度，其吸收率持【chí】续上【shàng】升，直到以50度【dù】的入射角【jiǎo】入射时【shí】吸收率到207％。

“这【zhè】在欧【ōu】洲气候【hòu】的阳光【guāng】照射条【tiáo】件下特别有意思【sī】。通常情况下，我们的散射【shè】光几乎不会落在太阳【yáng】能【néng】电池的垂直角上，“Hendrik Hölscher说【shuō】到。

然【rán】而，IMT的【de】Guillaume Gomard表【biǎo】示，这并不意味着【zhe】整【zhěng】个光伏系统的效率通过这一【yī】相同的因素而得到【dào】同样的提高。“其他组件也发挥着【zhe】一定的作【zuò】用【yòng】。因此，200％被【bèi】认为是提高效率的理论极限。”

在将纳米结【jié】构转移到太阳能电池【chí】之【zhī】前【qián】，研【yán】究【jiū】人员【yuán】通过扫描电子显微镜确定【dìng】了蝴蝶【dié】翅【chì】膀【bǎng】上的【de】纳米孔的【de】直径【jìng】和排布。然后【hòu】，他们在计算【suàn】机【jī】模拟中分【fèn】析了各种孔图案【àn】的光吸收率。他们发现，对于【yú】周期性排列的单【dān】尺寸纳米孔，不【bú】同【tóng】直径的无序孔【kǒng】（如黑蝶中发现的那些孔）在【zài】不同入射角度下在整个光谱上产生【shēng】了最【zuì】稳定的吸【xī】收【shōu】率。因此，研究人【rén】员在薄膜光伏吸收器中引入了无序的定位孔，直径从133纳米到343纳米不等【děng】。

科学家们证【zhèng】明，通过去除【chú】材【cái】料可以大大【dà】提高光输出【chū】。在这个项目中，他们使用氢【qīng】化非【fēi】晶硅。据研【yán】究人员们介绍，任何类【lèi】型的薄膜【mó】光伏技术都可以用【yòng】这样【yàng】的纳米【mǐ】结【jié】构来改善，也可以在【zài】工业上得到改善。

最近【jìn】，德国【guó】卡尔斯【sī】鲁【lǔ】厄理工学【xué】院的研究人员【yuán】从【cóng】红珠凤蝶翅膀上纳米结构的“孔”中汲【jí】取灵感，成功【gōng】地【dì】将这些【xiē】纳米【mǐ】结构转移应用于太阳能电池【chí】，提高太阳【yáng】能【néng】电池的光线吸收率达200%。这【zhè】种纳米孔比起光滑的表面，吸收的光谱范围要宽【kuān】得多。原【yuán】文链接：

 

背景

作为新【xīn】能源的代表，太阳【yáng】能【néng】具有清洁、环境友好、可【kě】再生、易获取、低【dī】成本【běn】等优势。太阳能电池是人类利用【yòng】太阳能的一个【gè】典型【xíng】产品，传统【tǒng】的太【tài】阳能电池大多【duō】数采用晶体硅作为材料。

 

然而，相【xiàng】对于传统的晶体硅太阳能【néng】电池，薄膜光伏【fú】模块是一个经【jīng】济上颇具吸引【yǐn】力的替代【dài】品，因为【wéi】它的光线吸【xī】收【shōu】层可【kě】薄至1/1000，因【yīn】此材料消耗大大降低。

但【dàn】是【shì】，这些薄【báo】层【céng】的【de】光线吸收率要低【dī】于那【nà】些晶体硅太阳能电池。所以，他们在【zài】那【nà】些需要能【néng】量较少的系【xì】统中使用，例如袖【xiù】珍计算【suàn】器和【hé】手表。对于更大规模的应【yīng】用例【lì】如【rú】屋顶上光伏系统来说，改善光线吸收率将使得薄膜【mó】太阳能电池变得更具吸引力。