近日, 德國聯(lián)邦教研部（BMBF）近日宣布，在其資助下的卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）研究人員發(fā)現(xiàn)了能高效提升太陽能電池吸光率的新途徑，即通過仿效蝴蝶翅膀結(jié)構(gòu)，可開發(fā)高效太陽能電池。新型電池的吸光率最高可提升207%。

通常，在歐洲的氣候條件下，太陽光大多被散射，很少垂直照到太陽能電池板上。優(yōu)化光捕捉成為能量轉(zhuǎn)換的基石。KIT的研究人員觀察一種鳳蝶（Pachliopta aristolochiae)，發(fā)現(xiàn)其顯著特點是通體呈深黑色，因此吸光能力很好，很適宜于為自身獲取熱量。尤其是這種蝴蝶的翅膀表面為納米結(jié)構(gòu)，其微小的空洞結(jié)構(gòu)較平滑表面顯著增大對光的吸收范圍。

仿效這種納米結(jié)構(gòu)生產(chǎn)太陽能電池，在光線垂直照射時吸光率可提升97％，而當(dāng)入射角度為50度時甚至能夠達(dá)到207％。用于太陽能電池的蝴蝶納米結(jié)構(gòu)是通過計算機(jī)模擬優(yōu)化來實現(xiàn)的。

由于具有比傳統(tǒng)晶體太陽能電池還要輕、易于延展等優(yōu)點，越來越多科學(xué)家開始將目光集中在薄膜太陽能電池上，去年年底，美國加州理工學(xué)院團(tuán)隊更透過模仿一種蝴蝶翅膀的結(jié)構(gòu)，提高了薄膜太陽能電池的效率，應(yīng)用在電池板上的話，可比傳統(tǒng)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。

這種蝴蝶稱為紅珠鳳蝶（Pachlioptaaristolochiae），別名七星蝶、紅紋鳳蝶、紅腹鳳蝶，廣泛分布于東亞地區(qū)，包括中國臺灣地區(qū)、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，特征為體背黑色，腹部側(cè)面及尾端密生紅毛，前、后翅呈黑色，翅脈、脈紋及翅緣呈灰白或棕褐色等。

研究作者RadwanSiddique說，他偶然發(fā)現(xiàn)了蝴蝶翅膀上隨機(jī)分布著尺寸、形狀都不規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)，于寒冷的季節(jié)中幫助蝴蝶調(diào)節(jié)并保存體溫，因此引發(fā)他的興趣。將標(biāo)本放在電子顯微鏡下掃描后，他看到這些納米晶格結(jié)構(gòu)的開口小于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(shù)太陽能電池板上的晶體電池須以一定角度定位，好直面太陽以產(chǎn)生最多的能量，且一天當(dāng)中只有幾個小時可以產(chǎn)生電力，但將這種蝴蝶翅膀的小孔結(jié)構(gòu)應(yīng)用到薄膜太陽能電池后，由于小孔大大增加了光從極端角度照進(jìn)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(chǎn)出更多。

以往，薄膜太陽能電池因效率較低，多應(yīng)用于手表等小型電子產(chǎn)品上，現(xiàn)在只要在電池上多加幾個不規(guī)則小孔，就能創(chuàng)造出一種更便宜且可擴(kuò)展的高效薄膜太陽能電池板，更重要的，創(chuàng)造這些小孔的過程非常容易，只要5～10分鐘就大功告成。

科學(xué)家借用昆蟲的身體構(gòu)造來改進(jìn)太陽能電池，之前有斯坦福大學(xué)團(tuán)隊取材昆蟲的復(fù)眼結(jié)構(gòu)研發(fā)新鈣鈦礦太陽能電池，有美國國家實驗室效法蛾的眼睛設(shè)計納米分層結(jié)構(gòu)的太陽能板，還有加州理工學(xué)院團(tuán)隊利用蝴蝶翅膀上的構(gòu)造來提升薄膜太陽能電池的效率。

來源：科技部 科技新報