Солнечные батареи станут эффективнее благодаря лепесткам роз

Группа учёных, представляющих Технологический институт Карлсруэ (KIT), совершила открытие в сфере повышения эффективности солнечных батарей. Они выяснили, что поверхность солнечных элементов, напоминающая цветочные лепестки, позволяет улучшить светопоглощающие способности фотоэлемента, следовательно, позволит генерировать больше энергии. О своём открытии учёные сообщили посредством статьи в научном журнале под названием Advanced Optical Materials.

Исследователями были воспроизведены в прозрачном материале эпидермальные клетки розовых лепестков, которые обладают особенно хорошими антиотражающими свойствами. Затем результат своих трудов они вставили в органические солнечные ячейки.

Солнечные батареи во многом действуют как растения, поглощая свет и преобразуя его в другие формы. Чтобы сделать это максимально эффективно, важно улавливать свет, который поступает со всех углов падения (меняющихся из-за изменения положений солнца) и использовать большую долю светового спектра. Растения научились это делать в ходе эволюции, поэтому учёные решили внимательно приглядеться к опыту, накопленному самой природой. Они внимательно изучили объекты природы и разработали солнечные элементы, имеющие широкий спектр поглощения и способность улавливать свет в различных положениях его падения.

В ходе исследований учёные Технологического института Карлсруэ вместе со специалистами ZSW (немецкого Центра солнечной энергии и водородных исследований) рассмотрели оптические и антиотражающие характеристики эпидермальных клеток у различных видов растений. Особенно ярко эти свойства выражены в лепестках роз. Благодаря этим особенностям обеспечиваются сильные цветовые контрасты, тем самым увеличивается вероятность опыления. Изучив эпидермис розовых лепестков при помощи электронного микроскопа, учёные установили, что он представляет собой неорганизованно расположенные, плотно упакованные микроструктуры, имеющие дополнительные ребра, сформированные случайным образом структурированными наноэлементами.

Для получения синтетического аналога такой структуры, учёные первоначально в полимерном материале полидиметилсилоксан (с основой из кремния) создали негативный оттиск формы «розового» эпидермиса, затем эту форму отпечатали в оптически прозрачном клее, который после затвердел под УФ-светом. Этот метод достаточно прост и позволяет создать эффективные микроструктуры.

Интегрировав отпечаток с такой поверхностью в органический солнечный элемент, учёные увеличили его эффективность на 12% для света, падающего вертикально. Этот метод годится для других фотоэлектрических технологий и других растений. В будущем исследователи собрались использовать для решения этой одной задачи сразу несколько свойств растений.