Фотоэлементы, копирующие рельеф листьев, дают на 47% больше энергии

Исследователи из Принстонского университета (США) придали полимерной солнечной батарее сходство с листом растения, создав на её поверхности складки и борозды. В результате с той же площади фотоэлемента удалось получить на 47% больше электроэнергии.



Обычные полимерные фотоэлементы при сильном изгибании резко теряют КПД (до 70%), а вот с неровностями на поверхности их КПД вообще не меняется. (Иллюстрация Frank Wojciechowski / Jong Bok Kim et al.)

Микроскопические складки на поверхности, по словам учёных, меняют всё. В случае плоской поверхности свет либо отражается, либо поглощается, но на поверхности, покрытой частой сетью микроскопических складок, даже отражённый свет имеет шансы быть поглощённым. При этом радикально увеличилось поглощение излучения в ближнем инфракрасном диапазоне, где прежде успехи по преобразованию солнечного излучения в электричество были минимальными. По результатам экспериментов, для ближнего инфракрасного излучения эффективность преобразования повысилась на 600%, что значительно больше, чем ожидалось.

Результаты исследования нашли отражение в журнале Nature Photonics.

Полимерные батареи были выбраны не только из-за их дешевизны, но и потому, что их поверхность проще сделать гофрированной. Впрочем, по словам разработчиков, процесс нанесения складок прост и теоретически может быть применён к любому материалу, включая олигомеры и тот же кремний.

Метод получения складок действительно не очень сложен: слой жидкого материала с высокой адгезией равномерно наносился на полимерный фотоэлемент, а затем подвергался фотоабляции в УФ-лучах. Разная интенсивность УФ-излучения на разных участках вела к получению финишной поверхности с одинаковыми повторяющимися неровностями, как на обычном листе растения. Наилучший результат дала комбинация двух типов неровностей — индивидуальных неглубоких «морщин», разбросанных на некотором расстоянии друг от друга, и более глубоких «складок», равномерно нанесённых по всей поверхности.



Следование устройству обычного листа не только в полтора раза увеличивает эффективность полимерных фотоэлементов, но и позволяет утилизировать ближнее инфракрасное излучение. (Фото CubaGallery.)

Исследователи полагают, что их батареи окажутся много практичнее нынешних полимерных и кремниевых, так как побочным эффектом нанесения неровностей стало увеличение механической прочности фотоэлемента и рост времени его деградации. Кроме того, высокая гибкость таких батарей и их высокий КПД при работе под значительными углами к источнику излучения могут позволить... обклеивать ими стены и любые иные поверхности без какой-либо угрозы для работоспособности фотоэлементов.

Источник

«Это нормально не знать ответы на все вопросы. Лучше признавать свое невежество, чем верить в ответы, которые могут быть неправильными. Притворство что мы знаем все, закрывает дверь для понимания что же там на самом деле»

Нил Деграсс Тайсон

Научный подход на Google Play

Файлы

Физика невозможного

Взгляд в будущее

Структура Реальности

Внутренняя рыба