Con una superficie similar a la de las plantas, las células solares mejoran la captación de luz y, por lo tanto, generan más energía. Los científicos del KIT Instituto de Tecnología de Karlsruhe reprodujeron las células epidérmicas de los pétalos de rosa que tienen propiedades antirreflectantes particularmente buenas e integraron las réplicas transparentes enuna célula solar orgánica. Esto resultó en una ganancia de eficiencia relativa del doce por ciento. Recientemente se publicó un artículo sobre este tema en Materiales ópticos avanzados diario
La energía fotovoltaica funciona de manera similar a la fotosíntesis de las plantas. La energía de la luz se absorbe y se convierte en una forma diferente de energía. En este proceso, es importante utilizar una porción posiblemente grande del espectro de luz del sol y atrapar la luzdesde varios ángulos de incidencia a medida que el ángulo cambia con la posición del Sol. Las plantas tienen esta capacidad como resultado de un largo proceso de evolución, razón suficiente para que los investigadores de fotovoltaica observen de cerca la naturaleza al desarrollar células solares con un amplio espectro de absorción y una alta incidenciatolerancia de ángulo.
Los científicos del KIT y el ZSW Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg ahora sugieren en su artículo publicado en el Materiales ópticos avanzados diario para replicar el tejido más externo de los pétalos de las plantas superiores, la llamada epidermis, en una capa transparente e integrar esa capa en el frente de las células solares para aumentar su eficiencia.
Primero, los investigadores del Instituto de Tecnología de la Luz LTI, el Instituto de Tecnología de Microestructura IMT, el Instituto de Física Aplicada APH y el Instituto Zoológico ZOO de KIT, así como sus colegas del ZSWinvestigó las propiedades ópticas y, sobre todo, el efecto antirreflectante de las células epidérmicas de diferentes especies de plantas. Estas propiedades son particularmente pronunciadas en los pétalos de rosa, donde proporcionan contrastes de color más fuertes y, por lo tanto, aumentan las posibilidades de polinización.microscopio electrónico, la epidermis de los pétalos de rosa consiste en una disposición desorganizada de microestructuras densamente empaquetadas, con costillas adicionales formadas por nanoestructuras posicionadas al azar.
Para replicar exactamente la estructura de estas células epidérmicas en un área más grande, los científicos la transfirieron a un molde hecho de polidimetilsiloxano, un polímero a base de silicio, presionaron la estructura negativa resultante en pegamento óptico que finalmente se dejó curar debajoLuz UV. "Este método fácil y rentable crea microestructuras de una profundidad y densidad que difícilmente se pueden lograr con técnicas artificiales", dice el Dr. Guillaume Gomard, líder de grupo "Nanopothonics" en KIT's LTI.
Luego, los científicos integraron la réplica transparente de la epidermis del pétalo de rosa en una célula solar orgánica. Esto dio como resultado ganancias de eficiencia de conversión de potencia del doce por ciento para la luz incidente vertical. En ángulos de incidencia muy bajos, la ganancia de eficiencia fue aún mayor. Los científicosatribuimos esta ganancia principalmente a las excelentes propiedades antirreflectantes omnidireccionales de la epidermis replicada que es capaz de reducir la reflexión de la superficie a un valor inferior al cinco por ciento, incluso para un ángulo de incidencia de luz de casi 80 grados. Además, como mostraron los exámenes con un microscopio láser confocal, cada célula epidérmica replicada funciona como un microlente. El efecto microlente amplía el camino óptico dentro de la célula solar, mejora la interacción de la materia de luz y aumenta la probabilidad de que los fotones sean absorbidos.
"Nuestro método es aplicable tanto a otras especies de plantas como a otras tecnologías fotovoltaicas", explica Guillaume Gomard. "Dado que las superficies de las plantas tienen propiedades multifuncionales, podría ser posible en el futuro aplicar múltiples de estas propiedades en un solo paso."Los resultados de esta investigación conducen a otra pregunta básica: ¿cuál es el papel de la desorganización en estructuras fotónicas complejas? Más estudios ahora están examinando este tema con la perspectiva de que la próxima generación de células solares podría beneficiarse de sus resultados".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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