Oczy owadów inspiracją dla ogniw słonecznych

Oczy owadów inspiracją dla ogniw słonecznych

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda twierdzą, że upakowanie wielu ogniw słonecznych razem, na podobieństwo złożonych oczu owada, może utorować drogę do nowej generacji paneli fotowoltaicznych.

W swoim badaniu zespół wykorzystał projekt zainspirowany owadami, chroniąc delikatny materiał fotowoltaiczny zwany perowskitem przed pogarszaniem się właściwości pod wpływem ciepła, wilgoci lub naprężeń mechanicznych. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Energy & Environmental Science (E&ES).

"Perowskity to obiecujący i tani materiał, który przekształca światło słoneczne w energię elektryczną tak skutecznie, jak zwykłe ogniwa wykonane z krzemu" - powiedział Reinhold Dauskardt, profesor nauk materiałów i inżynierii oraz starszy autor pracy. "Problem polega na tym, że jest on bardzo niestabilny i mechanicznie delikatny, ledwie jest w stanie przetrwać proces produkcyjny, nie mówiąc już o trwałości długoterminowej w środowisku".

Większość urządzeń słonecznych, takich jak panele na dachu, jest projektowanych jako płaskie. Ale to podejście nie służy ogniwom z nowego materiału. "Perowskity są najbardziej delikatnymi tworzywami, jakie kiedykolwiek testowaliśmy w historii naszego laboratorium" - powiedział Nicholas Rolston, współautor badania. "Ta delikatność wynika z kruchej, podobnej do soli struktury krystalicznej."

Żeby rozwiązać problem nietrwałości perowskitów, naukowcy z Uniwersytetu Stanforda zwrócili się ku naturze. „Zainspirowało nas złożone oko muchy, które składa się z setek malutkich oczu. Ma piękny kształt plastra miodu: jeśli stracisz jeden segment, setki innych będą działać. Każdy segment jest bardzo delikatny, ale jest osłonięty przez otaczającą go rusztowaną ścianę" - wyjaśnia Dauskardt.

Używając oka jako modelu, naukowcy stworzyli złożone ogniwo słoneczne, składające się z rozległego plastra miodu ogniw, każde zamknięte w sześciokątnym rusztowaniu o szerokości zaledwie 0,02 cala (500 mikrometrów). "Rusztowanie wykonane jest z niedrogiej żywicy epoksydowej szeroko stosowanej w przemyśle mikroelektroniki" - powiedział Rolston. "Jest odporne na mechaniczne naprężenia, a tym samym na pęknięcia".

Przeprowadzone badania wykazały, że rusztowanie miało niewielki wpływ na zdolność perowskitów do przekształcania światła w energię elektryczną. "Uzyskaliśmy prawie taką samą wydajność konwersji mocy, jaką otrzymujemy z płaskiego ogniwa" - powiedział Dauskardt. "Osiągnęliśmy zatem ogromny wzrost odporności na pęknięcia bez zmniejszania skuteczności."

Czy nowe urządzenie wytrzyma rodzaj ciepła i stopień wilgotności, na jaki narażone są panele słoneczne na dachach?

Aby to stwierdzić, naukowcy wystawili ogniwa na działanie temperatury 85 stopni Celsjusza i 85 % wilgotności względnej przez 6 tygodni. Mimo tych ekstremalnych warunków, ogniwa nadal wytwarzały energię elektryczną przy stosunkowo wysokich wskaźnikach wydajności.

Dauskardt i jego koledzy złożyli tymczasowy patent na nową technologię. W celu poprawy efektywności badają sposoby rozpraszania światła z rusztowania na rdzeń każdego ogniwa.

"Bardzo się cieszymy z tych wyników. To nowy sposób myślenia o projektowaniu ogniw słonecznych, a te rusztowania wyglądają naprawdę dobrze, a więc istnieje także walor estetyczny naszego rozwiązania"- powiedział Dauskardt.

(KB)