蝴蝶翅膀激發(fā)了一種更好的吸收太陽能電池板光線的方法

蝴蝶的翅膀啟發(fā)了一種新型太陽能電池，它可以像以前一樣有效地收獲光，并且有一天可以改善我們的太陽能電池板。

太陽能電池板通常由厚太陽能電池制成，并且以一定角度定位，以便在全天移動時從太陽獲得最大量的光。薄膜太陽能電池只有納米厚度，具有很大的潛力。這些更便宜，更輕，但由于效率較低，我們通常只在手表和計算器中使用它們，而不是太陽能電池板?？茖W(xué)家研究了玫瑰蝴蝶的黑色翅膀，并復(fù)制了這個結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)造更高效的薄太陽能電池。與其他類型的細(xì)胞不同，它們無論角度如何都能吸收大量光線，并且也易于制作。結(jié)果發(fā)表在Science Advances雜志上。

玫瑰蝴蝶原產(chǎn)于東南亞。由于它是冷血動物并且需要陽光飛行，它的黑色翅膀已經(jīng)發(fā)展到非常善于吸收能量。耶魯大學(xué)生物學(xué)教授Vinod Saranathan在一封電子郵件中告訴The Verge，“真正有趣的是，由于數(shù)百萬年的選擇，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)化出來的蝴蝶仍然超越了我們的工程。” (Saranathan沒有參與這項研究。)

為了弄清楚為什么這些蝴蝶如此高效，由加州理工學(xué)院的生物工程師Radwanul Siddique領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家在電子顯微鏡下觀察了翅膀并創(chuàng)建了一個機(jī)翼納米結(jié)構(gòu)的3D模型。機(jī)翼由微小的鱗片構(gòu)成，這些鱗片覆蓋著隨機(jī)分布的孔。這些孔的寬度不到百萬分之一米，它們有助于散射光線并幫助蝴蝶吸收熱量。

Siddique說，這些洞的大小，分布和形狀都是隨機(jī)的。使用計算機(jī)模型，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)位置和順序?qū)ξ展饩€很重要，但形狀并不重要。接下來，他們使用具有相同類型孔的極薄的氫化非晶硅片創(chuàng)建了類似的結(jié)構(gòu)。

“我認(rèn)為有趣的是觀察潛在生理概念的優(yōu)秀方法，然后采用這些概念并將其模擬成一個看起來不像蝴蝶看起來但看起來像物理相同的結(jié)構(gòu)，” Mathias Kolle說。麻省理工學(xué)院的工程學(xué)教授沒有參與這項研究。他補(bǔ)充說，設(shè)計需要縮放，但論文中討論的制作技術(shù)相對簡單。(Siddique說制作這些床單只需要大約10分鐘。)

大多數(shù)太陽能電池板以一定角度定位，這意味著它們會在幾個小時內(nèi)產(chǎn)生大量功率，然后在其余時間內(nèi)不會產(chǎn)生太多功率。使用Siddique技術(shù)的太陽能電池板可以全天產(chǎn)生更多電力。雖然Siddique現(xiàn)在在加州理工學(xué)院，但他作為他在德國的博士工作的一部分做了這項研究，他的舊實驗室的一些成員已經(jīng)從德國研究基金會獲得資金，用于研究太陽能電池和LED。