Aurinkosähkö tehostuu perhosen siivillä ja meren jalokivillä

Kalifornian teknillisen korkeakoulun ja Karlsruhen teknisen tutkimuslaitoksen yhteinen tutkijaryhmä on tehostanut ohutkalvoisten aurinkokennojen tehokkuutta jäljittelemällä mustien ruusuperhosten siipien arkkitehtuuria.

Yksi aurinkokennojen tehokkuuden parantamiseen tähtäävistä esteistä on yleisesti auringon seurantaan liittyvän liikkeen tuottavan laitteiston kustannuserä. Nyt tutkijat ottivat inspiraatiota ruusuperhosesta, jonka pehmeät mustat siivet lämmittävät kylmäveristä hyönteistä viileiden jaksojen aikana.

Niitä tutkiessaan tutkijat havaitsivat, että siivet muodostuivat reikämäisistä rakenteista. Näin siivet tulevat kevyemmiksi mutta havaittiin, että reiät myös sirottivat valoa, mikä mahdollisti perhosen absorboida enemmän auringon lämpöä.

Bioteknisistä nanorakenteista innostuneet tutkijat loivat samanlaisia rakenteita laboratoriossaan, käyttäen hydrattuja amorfisia piiarkkeja. Arkin pienet reiät eri kokoisina, aiheuttivat valon siroamisen ja osumisen piin pohjarakenteeseen.

Rakennesuunnitelma mahdollisti piille karkeasti kaksi kertaa enemmän valoa kuin aikaisemmat mallit. Ryhmän mukaan kennojen luominen oli nopeaa ja helppoa.

Diatomi eli piilevä on eräänlainen levä, joka uusiutuu tehokkaasti ja sitä kutsutaan meren jalokiviksi. Ne tunnetaankin kyvystä manipuloida valoa.

Yalen yliopiston tutkijat halusivat puolestaan hyödyntää tätä ominaisuutta aurinkoteknologian edistämiseksi. Se voikin osoittautua erityisen arvokkaiksi orgaanisen aurinkoteknologian suunnittelussa.

Yksi haaste näiden laitteiden suunnittelussa on, että ne tarvitsevat erittäin ohuita aktiivisia kerroksia (100-300 nanometriä), mikä rajoittaa niiden muunnostehokkuutta.

Tämän korjaamiseksi niihin on sisällytettävä nanorakenteita, jotka ansoittavat ja sirottavat valoa absorptiotasojen parantamiseksi. Nämä lähestymistavat ovat kuitenkin liian kalliita laajamittaiselle tuotannolle.

Tutkijat sijoittivat hienonnettua piilevää aurinkokennon aktiiviseen kerrokseen. Tällä tavoin ne pienensivät aktiivisen kerroksen tarvitseman materiaalin määrää mutta säilytti saman sähköntuoton tason edullisesti.