Моль поможет повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов

Радужная нефтяная пленка на поверхности воды сияет всеми цветами радуги. Это следствие так называемых «тонкопленочных помех». Солнечный свет частично отражается от внешней поверхности пленки, одновременно проникает сквозь нее и отражается от границы раздела с водой. Интерференция этих двух отраженных составляющих вызывает эффект радуги.

В тонкопленочных солнечных элементах, состоящих из нескольких слоев, происходит нечто подобное. Свет отражается от границ и безвозвратно теряется. Причем, чем тоньше пленка, тем интенсивнее отражение. В результате естественных оптических процессов эффективность фотоэлектрических преобразований падает. Чтобы преодолеть этот системный недостаток, ученые из Университета штата Северной Каролины (North Carolina State University) воссоздали структуру глаза моли, той самой мелкой бабочки, которой мы все дружно аплодируем, стоит ей появиться в доме.

Ученые заметили, что у моли черные глаза. Это означает, что они полностью поглощают солнечный свет практически без отражения. Все дело оказалось в уникальной структуре глаза, которую удалось скопировать на наноуровне.

«Мы вдохновились структурой поверхности глаза моли, которая построена таким образом, что не отражает свет», - рассказал доктор Чи-Хао Чанг (Chih-Hao Chang), доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии университета и соавтор исследования. «Подражая этой концепции, мы разработали наноструктуры, в значительной степени минимизирующие тонкопленочный эффект».

В результате работы ученых, разработаны пленки, границы которых не гладкие, а состоят из множества наноразмерных конусов. Конусы разных слоев сцепляются друг с другом словно крепления конструктора Lego. В результате от границы пленок отражается в 100 раз меньше света, чем ранее. Подобный прием может быть использован в многослойных тонкопленочных солнечных элементах, для минимизации потерь в каждом слое и повышения общей производительности фотоэлектрических преобразований.

Ученые надеются, что их метод будет востребован и использован при создании коммерческих преобразователей солнечного света. «Наш следующий шаг в разработке солнечного устройства, использующего эту концепцию, чтобы определить, как мы можем масштабировать его для коммерческих приложений», - сообщил доктор Чанг.

В очередной раз природа подсказала человеку, каким образом можно решить сложную техническую проблему. Маленькая бабочка не впервые служит образцом для исследователей. Ранее сообщалось, что на основе наноконусов глаза моли сингапурскими учеными создан антибликовый пластик, который может быть использован для создания высококачественных мониторов самого различного назначения.

Научная команда из представителей Университета города Нью-Йорка, Массачусетского технологического института и китайского Университета Тонцзи использовала природную конструкцию глаза моли для совершенствования свойств рентгеновских аппаратов. Ожидается, что в результате развития их работы появятся аппараты, способные делать снимки высокого разрешения используя низкую мощность излучения.