Borboleta aprimora a absorção de luz fotovoltaica

Borboleta aprimora a absorção de luz fotovoltaica até 200%,

borboleta preta ajuda cientistas a desenvolverem celulas mais eficientes para captação de luz

Nova pesquisa concentra-se nas asas da borboleta preta (Pachliopta aristolochiae), que são cobertas por escalas micro e nanoestruturadas que colhem a luz solar em uma ampla faixa espectral e angular, para melhorar a captação da energia fotovoltaica.

A luz solar refletida pelas células solares é perdida como energia não utilizada. As asas da borboleta Pachliopta aristolochiae são perfuradas por nanoestruturas (nanoburacos) que ajudam absorver a luz em um amplo espectro muito melhor que as superfícies lisas.

Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) já conseguiram transferir essas nanoestruturas para células solares e, assim, aumentar sua taxa de absorção de luz em até 200%. Os cientistas relatam seus resultados na revista Science Advances.

“A borboleta estudada por nós é muito negra e escura. Isso significa que ele absorve perfeitamente a luz solar para um ótimo gerenciamento de calor. Ainda mais fascinante do que sua aparência são os mecanismos que ajudam a atingir alta absorção. O potencial de otimização ao transferir essas estruturas para sistemas fotovoltaicos (PV) foi muito mais elevado do que o esperado “, diz o Dr. Hendrik Hölscher, do Instituto de Tecnologia de Microstrutura (IMT) do KIT.

Os cientistas da equipe de Hendrik Hölscher e Radwanul H. Siddique (anteriormente KIT, agora Caltech) reproduziram as nanoestruturas da borboleta em camada absorvente de silício de uma célula solar.

A análise subseqüente da absorção de luz produziu resultados promissores: em comparação com uma superfície lisa, a taxa de absorção da luz incidente perpendicular aumenta 97% e aumenta continuamente até atingir 207% em um ângulo de incidência de 50 graus. “Isto é particularmente interessante para as condições europeias. Frequentemente, temos a luz difusa que quase não cai nas células solares em um ângulo vertical “, diz Hendrik Hölscher.

No entanto, isso não implica automaticamente que a eficiência do sistema fotovoltaico em si seja reforçada por este fator, diz Guillaume Gomard, da IMT. “Também outros componentes desempenham um papel significativo. Portanto, os 200% deve ser considerado um limite teórico para o aprimoramento da eficiência “.

Antes de transferir as nanoestruturas para células solares, os pesquisadores determinaram o diâmetro e arranjo dos nanoburacos na asa da borboleta por microscopia eletrônica de varredura. Então, eles analisaram as taxas de absorção de luz para vários padrões de furos em uma simulação de computador.

Eles descobriram que os buracos desordenados e de diâmetros variados, como os encontrados na borboleta preta, produziram taxas de absorção mais estáveis ​​em todo o espectro e em ângulos variáveis ​​de incidência, em relação aos nanoburacos de tamanho padronizado ​​dispostos ordenadamente. Assim, os pesquisadores introduziram buracos posicionados desordenadamente em uma célula fotovoltaica de película fina, com diâmetros variando de 133 a 343 nanômetros.

Os cientistas demonstraram que o rendimento leve pode ser aumentado consideravelmente através da remoção de material. No projeto, eles trabalharam com silício amorfo hidrogenado. De acordo com os pesquisadores, no entanto, qualquer tipo de tecnologia foto voltaica de filme fino pode ser melhorada com tais nanoestruturas, também na escala industrial.

Informações básicas:

Os módulos fotovoltaicos de película fina representam uma alternativa economicamente atraente às células solares convencionais de silício cristalino, uma vez que a camada absorvente de luz é mais fina por um fator de até 1000 vezez e, portanto, o consumo de material é reduzido.

Ainda assim, as taxas de absorção de camadas finas estão abaixo das de células de silício cristalino. Por isso, eles são usados ​​em sistemas que precisam de pouca energia, como calculadoras de bolso ou relógios. A absorção aumentada tornaria células de filme fino muito mais atraentes para aplicações maiores, como sistemas fotovoltaicos em telhados.

Publicação: Radwanul H. Siddique, et al., “Nanoestruturas desordenadas separadas por fase Bioinspired para absorventes fotovoltaicos finos”, Science Advances 19 de outubro de 2017: Vol. 3, não. 10, e1700232; DOI: 10.1126 / sciadv.1700232

Fonte: Karlsruhe Institute of Technology e ScitechDaily

 

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