Solárne články inšpirované očami hmyzu

Solárne články inšpirované očami hmyzu predstavujú nový prístup k návrhu fotovoltaiky. Vedci zo Stanford University navrhli štruktúru, ktorá napodobňuje zložené oko muchy – systém tvorený stovkami malých segmentov. Tento koncept umožňuje zvýšiť mechanickú odolnosť a zachovať vysokú účinnosť premeny svetla na elektrinu.

Problém perovskitových článkov

Perovskity patria medzi najperspektívnejšie materiály v oblasti solárnej energie. Sú lacné a dokážu premieňať slnečné svetlo na elektrinu rovnako efektívne ako kremík.

Ich slabinou je však extrémna krehkosť a nízka mechanická stabilita. Planárny (plochý) dizajn, používaný pri klasických paneloch, sa pri perovskitoch ukazuje ako nevhodný.

Mechanická krehkosť

Perovskitová kryštálová štruktúra má mechanické vlastnosti podobné soli. Materiál je náchylný na praskanie a degradáciu počas výroby aj prevádzky.

Inšpirácia z prírody: oko muchy

Solárne články inšpirované očami hmyzu využívajú princíp redundancie. Zložené oko hmyzu pozostáva zo stoviek malých jednotiek (ommatídií), pričom poškodenie jednej neovplyvní funkčnosť ostatných.

Vedci preto vytvorili voštinovú štruktúru mikročlánkov, kde je každý perovskitový segment zapuzdrený v šesťuholníkovom epoxidovom lešení s veľkosťou približne 500 mikrónov.

Výsledky testovania

Testy ukázali, že zapuzdrené mikročlánky si zachovali takmer rovnakú účinnosť ako klasické planárne články. Zároveň sa výrazne zvýšila odolnosť proti mechanickému poškodeniu.

Odolnosť voči teplu a vlhkosti

Články boli vystavené teplote 85 °C a 85 % relatívnej vlhkosti počas šiestich týždňov. Aj pri týchto podmienkach pokračovali v generovaní elektriny s vysokou účinnosťou.

Tento výsledok naznačuje potenciál pre reálne použitie v exteriéri.

Prečítajte si aj: Zber vody zo vzduchu pomocou solárnej energie

Optické výhody mikročočiek

Mikrošošovky inšpirované hmyzím zrakom umožňujú zachytávať svetlo z rôznych uhlov dopadu. To znamená vyšší výkon pri rozptýlenom svetle, počas oblačnosti alebo pri nízkom slnečnom uhle.

Nanoštruktúry s nízkym odrazom navyše znižujú straty svetla a môžu podporiť samočistiaci efekt povrchu.

Budúcnosť aplikácií

Solárne články inšpirované očami hmyzu môžu byť integrované do zakrivených fasád, strešných krytín, automobilov či flexibilných zariadení. Voštinový dizajn je vhodný pre kremík aj perovskity.

Výroba pomocou nanoimprint alebo roll-to-roll technológií by mohla umožniť lacnú produkciu vo veľkom meradle.

Záver: Kombinácia biomimetiky a nanotechnológie prináša nový spôsob navrhovania fotovoltaiky – vyššia odolnosť, zachovaná účinnosť a širšie možnosti použitia.

Zdroj: nano-magazine.com