借用蝴蝶的翅膀結構,科學家開發高效薄膜太陽能電池板

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 30 日 8:45 | 分類 光電科技 , 太陽能 , 奈米 follow us in feedly

由於具比傳統晶體太陽能電池還輕、易於延展等優點,越來越多科學家開始將目光集中在薄膜太陽能電池,美國加州理工學院團隊最近更透過模仿一種蝴蝶翅膀的結構,提高薄膜太陽能電池的效率,應用在電池板上的話,可比傳統的太陽能電池板吸收多 2~3 倍的陽光量,吸收光照的時間也可拉長。



科學家常借用昆蟲的身體構造來改進太陽能電池,之前有史丹佛大學團隊取材昆蟲的複眼結構研發新鈣鈦礦太陽能電池,有美國國家實驗室效法蛾的眼睛設計奈米分層結構的太陽能板,現在,有加州理工學院團隊利用蝴蝶翅膀上的構造來提升薄膜太陽能電池的效率。

這種蝴蝶稱為紅珠鳳蝶(Pachliopta aristolochiae),別名七星蝶、紅紋鳳蝶、紅腹鳳蝶,廣泛分布於東亞地區,包括台灣、巴基斯坦、印度、尼泊爾、斯里蘭卡、緬甸、泰國、越南,柬埔寨、印尼、菲律賓、馬來西亞等地,特徵為體背黑色,腹部側面及尾端密生紅毛,前、後翅呈黑色,翅脈、脈紋及翅緣呈灰白或棕褐色等。

研究作者 Radwan Siddique 說,他偶然發現蝴蝶翅膀上隨機分布著尺寸、形狀都不規則的晶格結構,於寒冷的季節幫助蝴蝶調節並保存體溫,因此引發他的興趣。將標本放在電子顯微鏡下掃描後,他看到這些奈米晶格結構的開口小於 1 微米,可以不同的角度散射和吸收不同波長的光,也因此,這種蝴蝶翅膀的顏色才比其他種類還要黑。

多數太陽能電池板的晶體電池須以一定角度定位,好直面太陽以產生最多能量,且一天當中只有幾個小時可產生電力。但將這種蝴蝶翅膀的小孔結構應用到薄膜太陽能電池後,由於小孔大大增加了光從極端角度照進來的吸收量,因此較之前的太陽能電池板吸收高出 2~3 倍的光,且接收陽光的時間也拉長了,電力可以產出更多。

以往,薄膜太陽能電池因效率較低,多應用於手錶等小型電子產品,現在只要在電池上多加幾個不規則小孔,就能創造出更便宜且可擴展的高效薄膜太陽能電池板;更重要的,創造這些小孔的過程非常容易,只要 5~10 分鐘就大功告成。研究已發表在《科學先端》(Science Advances)期刊。

(首圖來源:By Tamaghna Sengupta (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

延伸閱讀: