Окото на молеца може да се окаже неочакван съюзник в стремежа към по-ефективни соларни панели. Изследователи в Португалия разработват силициеви повърхности, вдъхновени от начина, по който очите на нощните пеперуди поглъщат светлината, вместо да я отразяват. Подобен подход може да помогне на фотоволтаичните клетки да използват по-голяма част от слънчевата енергия, която достига до тях.
Принципът е прост, но обещаващ. Когато слънчевата светлина попадне върху обикновена повърхност, част от нея се отразява и не може да бъде използвана за производство на електричество. При окото на молеца този ефект е силно ограничен благодарение на изключително фини структури по повърхността му. Те постепенно променят начина, по който светлината преминава между въздуха и окото, като намаляват отражението.
Учените се опитват да пренесат този природен принцип върху силиция, от който се произвеждат слънчевите клетки. Вместо гладка повърхност те създават плътен слой от миниатюрни издатини, невидими с просто око. Така светлината има по-малка вероятност да се отрази обратно и по-голям шанс да достигне до материала, който я преобразува в електричество.
Природата подсказва как да улавяме повече светлина
Подобни антирефлективни покрития са интересни за фотоволтаичната индустрия, защото биха могли да подобрят използването на слънчевата светлина, без да е необходимо да се променя основният принцип на работа на клетките.
И все пак едно важно условие. Повърхността трябва не само да пропуска повече светлина, но и да запазва свойствата си при реална експлоатация.
Именно върху този проблем се съсредоточава новото изследване на екип от Международната иберийска нанотехнологична лаборатория, Университета в Миньо и други научни институции в Португалия. Учените проверяват как миниатюрните структури се държат при триене и механично натоварване – въздействия, на които могат да бъдат подложени соларните модули при почистване и поддръжка.
За целта изследователите създават специално структурирани силициеви образци и прокарват по повърхността им стоманено топче многократно, като променят силата на натиска. След това разглеждат отблизо какво се е случило с миниатюрните издатини.
Резултатите показват, че те могат да се повреждат дори при сравнително леко натоварване. При повтарящото се триене част от структурите се чупят, а образувалите се фрагменти се натрупват и притискат един към друг. Така първоначалната форма на повърхността постепенно се променя. При по-силен натиск износването се задълбочава.
По-ефективните панели трябва да бъдат и устойчиви
Един от важните изводи от изследването е, че измерването на триенето само по себе си не е достатъчно, за да се установи дали наноструктурите са запазили целостта си. При по-слабо натоварване показателите за триене остават сравнително стабилни, въпреки че микроскопските изображения разкриват видими повреди.
С други думи, покритието може да изглежда работоспособно според един показател, докато структурата му вече се променя. Затова бъдещите разработки трябва да отчитат едновременно оптичните свойства и механичната издръжливост на материала.
Засега учените не са установили как износването влияе върху способността на повърхностите да намаляват отражението на светлината след продължително триене. Изследването разглежда механичната деградация, а не доказва, че новите структури вече осигуряват по-висок добив на електроенергия в реални соларни модули.
В дългосрочен план обаче природата може да предложи решение на един от постоянните проблеми във фотоволтаиката – как повече от падащата върху панелите светлина да бъде превърната в електричество. Ако изследователите успеят да съчетаят ниското отражение с достатъчна устойчивост на механични въздействия, вдъхновените от окото на молеца повърхности биха могли да намерят приложение в бъдещи поколения слънчеви клетки.
