Saulės elementų ir optikos atspindžio sumažinimas naudojant mikro ir nanoskalkines struktūras

Šešėliai ir atspindžiai (Liepa 2019).

Anonim

Kalbant apie saulės elementus, mažiau yra daugiau, tuo mažiau jų paviršių atspindi saulės spinduliai, tuo daugiau energijos gali būti sukurta. Tipiškas atspindžio problemos sprendimas yra neatspindintis danga, bet tai ne visada gali būti geriausias sprendimas, priklausomai nuo taikymo.

Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos (LLNL) mokslininkai pateikė alternatyvias optinio įtaiso, pavyzdžiui, saulės elementų, akinių ir fotoaparatų, antirefleksinių dangų alternatyvas, nustatydami, kad silicio optikos atspindžio gali būti sumažinta iki 1 proc. Inžinerijos būdu jų paviršius su hierarchinių mikro- ir nanometrų ilgio struktūrų sluoksniais.

LLNL tyrėjų komanda, vadovaujama chemijos inžinieriai Anna Haszpanski ir UC Santa Cruz absolventas Juanas Diazas Leonas, aprašė parametrus naujajame žurnale " Advanced Optical Materials" paskelbtame straipsnyje. Ši technologija turi savo šaknų prigimtį, imituojančią hidraulines struktūras, kurios randamos ant audinio akies, leidžiančios jiems sugerti daugiau šviesos ir geriau judėti tamsoje.

"Tai yra skirtingas antirefleksinis požiūris", - teigė Hiszpanski, kuris atliko eksperimentus ir buvo bendrai vadovaujantis autorius. "Šių hierarchinių antirefleksinių struktūrų dizaino taisyklės nebuvo aiškiai išdėstytos šiose dydžio svarstyklėse. Aš tikiuosi, kad jie leis kitiems greičiau kurti ir kurti optimalias struktūras su jų refleksijos savybėmis, kurių reikia jų programoms. "

Pasak Diazo Leono, kuris atliko kompiuterinius modelius, atspindžiai iš paviršių gali būti pagrindinė optikos problema. Paprastai vienos sluoksnio anti-atspindžio dangos naudojamos kovai su juo, naudojant žalingas trikdžius, kad būtų pašalinti atspindžiai tik siauroms juostos bangos ilgiui ir žiūrėjimo kampams. Tačiau, kai norima, kad sumažėtų atspindžio koeficientas keliuose bangos ilgiuose ir žiūrėjimo kampai, reikia skirtingų požiūrių, sakė jis.

Tyrime grupė nustatė, kad silicio vidutinis puslankiu arba bendras atspindėjimas gali siekti net 38 proc., Tačiau, jei tik mikromastrinės piramidės struktūros yra inžinerijos būdu į silicį, kaip ir saulės elementuose, refleksija sumažėja iki maždaug 11 proc. Tačiau, sumaišant mikro- ir nano formos matricas prie didesnių struktūrų, bendras atspindžio koeficientas gali būti sumažintas iki maždaug 1 procento ir 2 procentų, neatsižvelgiant į gaunamos šviesos kampą.

Jei saulės elementai galėtų būti tekstūruojami, kad surinktų daugiau šviesos visais kampais, "Hiszpanski sakė, kad jiems nereikėtų stebėti saulės padėties danguje ir galėtų būti efektyvesnės energijos konvertavimui. Naudojant akinius, hierarchinės struktūros gali pašalinti atspindžio ir blizgesį, nesukeliant žalios arba violetinės spalvos efekto, kurį naudoja dabartinės neatspindinčios stiklo dangos. Fotoaparatai galėtų fotografuoti žemesnėje šviesoje. Ši technologija taip pat gali būti išversta į teleskopus ir difrakcijos optiką.

Diazas Leonas naudojo bangų optikos paketą, kad imituotų silpnų akių struktūrų elgesį, derindamas juos hierarchiškai. Tyrėjai suprato, kad struktūrų periodiškumas (pasikartojimas) modifikavo jų antirefleksines savybes, todėl jie imituodavo panašaus dydžio struktūras, tačiau įvedė aperiodiškumą, kad geriau suprastų šį poveikį.

"Naudodamiesi šiais modeliais galėjome sugalvoti dizaino taisyklių rinkinį, kad hierarchiškai susimaišytų skirtingos audinių akies struktūros tam tikram poreikiui, turinčiam antirefleksinių savybių", - sakė diazonas Leonas. "Mes nustatėme, kad, derindami skirtingo dydžio moliuskų struktūras, ne tik galite sumažinti atspindžius bangos ilgio regione, kurį jie turėtų veikti (vadovaudamiesi anksčiau žinoma nykščio taisykle), bet taip pat galite toliau mažinti atspindžius tam tikru bangos ilgiu diapazonas."

Konkrečiai kalbant, diazas Leonas sakė, kad naudojant saulės spektrą kaip tikslą, mokslininkai sužinojo, kad reguliarios mikromandžminės piramidės struktūros iš esmės sumažina atspindžio atspindėjimą - veidrodyje panašią atspindžio dalį, kuri randama poliruotuose paviršiuose, tuo tarpu mažos nanometrinės struktūros mažina difuzinę atspindėjimą, kuris susideda iš atspindžių, gaunamų iš skirtingų kampų negu pagrindinis atspindžio kampas. Suderinus dvi skirtingas skirtingo dydžio struktūras, tyrėjai galėtų selektyviai sumažinti spekuliacinius ir difuzinius atspindžius. Be to, jie sužinojo, kad nors bendras periodinių ir aperiodinių struktūrų atspindėjimas yra panašus, aperiodicity sumažina atspindžio atspindėjimą ir didina difuzinę atspindžio jėgą, naudingą bandant sumažinti specifinį (spekuliacinį arba difuzinį) atspindėjimą, priklausomai nuo galo.

Hiszpanski gamino mėginius LLNL, naudodamas visas maskavimo ir drėgno ėsdinimo (cheminės) technologijas, todėl šį procesą lengva pritaikyti prie didelių plotų. Gamybos būdai yra unikalūs siliciui, tačiau mokslininkai siekia juos perkelti į plastiką ir stiklą. Jie planuoja bendradarbiauti su "UC Berkeley", kad sukurtumėte saulės elementus ir stengtumėte padidinti efektyvumą, taip pat išverskite metodus į lanksčius substratus, galimus naudoti stiklinėse.

menu
menu