Поверхность солнечных элементов, которая напоминает лепестки цветка, может улучшить их светопоглощающие способности и тем самым позволить им генерировать больше энергии, говорят ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии. Ученые воспроизвели клетки эпидермиса розовых лепестков, которые имеют особенно хорошие антиотражающие свойства, в прозрачном материале, который они затем вставили в органическую солнечную ячейку. Статья об этом опубликована в журнале Advanced Optical Materials.

Как и растения, солнечные батареи поглощают энергию света и преобразуют его в другую форму. Для того чтобы делать это эффективно важно использовать большую часть светового спектра и улавливать свет, поступающий с различных углов падения вследствие изменения положения солнца. В ходе эволюции растения научились это делать, что является достаточным основанием для того, чтобы ученые внимательно изучали природные объекты при разработке солнечных элементов с широким спектром поглощения и способностями улавливать свет при различных углах его падения.

Так ученые из KIT и Центра солнечной энергии и водородных исследований (ZSW), также в Германии, решили исследовать оптические и антиотражающие свойства эпидермальных клеток у разных видов растений. Эти свойства особенно ярко выражены в лепестках роз, где они обеспечивают сильные цветовые контрасты и тем самым увеличивают вероятность опыления. Изучая эпидермис лепестков розы с помощью электронного микроскопа, ученые обнаружили, что он состоит из неорганизованного расположения плотно упакованных микроструктур, с дополнительными ребрами, сформированными случайным образом расположенными наноструктурами.

Ученые повторили поверхность лепестков роз в поверхности солнечных элементов. Image: Guillaume Gomard, KIT.

Для того чтобы получить синтетический аналог этой структуры, ученые сперва создали негативный оттиск формы эпидермиса в полимере «полидиметилсилоксан» на основе кремния, а затем отпечатали эту форму в прозрачном оптическом клее, который затем затвердевал под УФ-светом. «Этот простой и экономически эффективный метод создает микроструктуры глубиной и плотностью, которые трудно достижимы с помощью искусственных приемов,» – говорит Гийом Гомард из KIT.

Затем ученые интегрировали этот отпечаток с поверхностью лепестка розы в органическую солнечную батарею, увеличивая эффективность преобразования энергии ячейки на 12% для вертикально падающего света. При очень пологих углах падения усиление эффективности было еще выше. Ученые объясняют это усиление в первую очередь превосходными антиотражающими свойствами поверхности лепестков роз, которые способны уменьшить отражение от поверхности до уровня ниже 5% даже при падении света под углом почти 80 °.

«Наш метод применим как к другим видам растений, так и другим фотоэлектрическим технологиям», – объясняет Гомард. – «Поскольку поверхности растений имеют многофункциональные свойства, можно было бы в будущем использовать сразу несколько из этих свойств для одной задачи.»