Эффект бабочки

Солнечные панели в идеале должны быть чёрными, а не тёмно-синими, потому что отражаемый панелями свет уносит часть лучистой энергии. Учёные Технологического института Карлсруэ (Германия) подсмотрели решение этой проблемы у природы. Конкретно - они обратили внимание на крылья бабочки кирказонового парусника, которые усеяны наноотверстиями разных размеров.

«Бабочка, которую мы изучали, очень чёрная, - рассказывает д-р Хендрик Хёльшер. - Это значит, что она хорошо управляет температурой своего тела за счёт света солнца. Кроме интересного внешнего вида мы обнаружили совершенно невероятную наноструктуру, которая придаёт крыльям светопоглощающие свойства. Мы попробовали подобным образом оптимизировать тонкоплёночные солнечные элементы, причём эффект намного превысил наши ожидания».

Учёные сравнили степени поглощения света гладкой и дырчатой поверхностями, созданными на тонкоплёночном солнечном элементе, при разных углах падения лучей. Оказалось, что под прямым углом «дырчатое» светопоглощение эффективнее обычного на 97%. С наклонным светом дело обстоит ещё лучше: преимущество только увеличивается, достигая максимума 207% при наклоне 50°. «Это особенно интересно для условий Европы, где солнце не поднимается высоко над горизонтом и на панели зачастую падает лишь рассеянный свет, - объясняет Хендрик Хёльшер.

Определяя оптимальные диаметр и расположение отверстий, исследователи провели численное моделирование. Оказалось, что случайно разбросанные отверстия разных диаметров дают наиболее стабильные результаты для разных длин волн и углов освещения. Природное решение оказалось лучше, чем любые регулярные структуры.

Глядя на числа 97 и 207%, не следует думать, что после обработки поверхности в такой степени вырастет эффективность фотоэлектрической ячейки. Последний показатель зависит от слишком многих факторов. Тем не менее находка немецких учёных позволяет сократить разрыв в характеристиках тонкоплёночных и классических «толстых» фотоэлектрических модулей.