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(dòng)時(shí)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(jì)算器中使用它們，而不是太陽能電池板。科學(xué)家研究了玫瑰蝴蝶的黑色翅膀，并復(fù)制了這個(gè)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?jiǎng)游锊⑶倚枰柟怙w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(xiàng)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(gè)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(jì)算機(jī)模型，團(tuán)隊(duì)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(gè)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(xiàng)研究。他補(bǔ)充說，設(shè)計(jì)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(huì)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生大量功率，然后在其余時(shí)間內(nèi)不會(huì)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(xiàng)研究，他的舊實(shí)驗(yàn)室的一些成員已經(jīng)從德國研究基金會(huì)獲得資金，用于研究太陽能電池和LED。