昆虫的眼睛激发新的太阳能电池设计

斯坦福大学科学家说，将微小的太阳能电池组装在一起，就像昆虫复眼中的微透镜，可以为新一代先进的光伏技术铺平道路。

一只苍蝇，斯坦福大学的研究人员创造了一个由灵感钙钛矿微封装在一个六边形的支架复合太阳能电池的复眼。（图片来源：Thomas Shahan / Creative Commons）SMT贴片加工

在一项新的研究中，斯坦福团队利用昆虫激发的设计来保护一种叫做钙钛矿的易碎光伏材料，当它暴露在高温、潮湿或机械压力下时，其材料就会变质。研究结果发表在《能源与环境科学》杂志上。

“材料是有前途的，低成本的材料，可以将太阳能转化为电能作为有效的传统太阳能电池硅制造的，”Reinhold Dauskardt说，一个材料科学与工程教授和这项研究的资深作者。“问题是，钙钛矿是极不稳定的和机械的脆弱。他们在制造过程中几乎无法生存，更不用说在环境中长期耐用了。”

大多数太阳能设备，如屋顶板，使用平面或平面的设计。但这种方法不适合钙钛矿太阳能电池。

“材料是最脆弱的材料在我们的实验室测试过的历史，”研究生Nicholas Rolston说，一个E和ES研究的共同第一作者。这种脆性与钙钛矿结构的脆性盐状晶体结构有关，这种钙钛矿结构具有类似于食盐的机械性质。

为了解决耐久性挑战，斯坦福团队转向自然。

“我们的灵感来自苍蝇的复眼，由小分段的眼睛上，”Dauskardt解释说。它有一个漂亮的蜂窝状结构，内置冗余：如果你失去一段，数以百计的其他人将操作。每个部分都非常脆弱，但它周围的脚手架墙屏蔽。

复合材料钙钛矿型复合材料断裂后的支架材料断裂试验后钙钛矿复合太阳电池中的Scaffolds。（图片来源：Dauskardt Lab /斯坦福大学）

利用复眼为模型，研究人员建立了一个由一个巨大的蜂窝微蜂窝复合钙钛矿太阳能电池，每个封装在一个六边形的支架只有0.02英寸宽（500微米）。

“支架是一种广泛应用于微电子工业廉价的环氧树脂，”Rolston说。“它对机械应力有弹性，因而对断裂更具抵抗力。”

在这项研究中进行的测试显示，脚手架对高效转换成电的效率没有多大影响。

“我们得到了几乎相同的功率转换效率，从每个小的钙钛矿电池我们会从一个平面太阳能电池，”Dauskardt说。“因此，我们取得了巨大的抗断裂能力的提高，没有任何惩罚的效率。”

耐久性

但是这种新设备能经受住传统屋顶太阳能电池板的热和湿度吗？

为了找出答案，研究人员将封装的钙钛矿细胞暴露在185华氏度（85℃）和85%相对湿度六周的温度下。尽管存在这些极端条件，细胞继续以相对高的效率发电。

Dauskardt和他的同事已经申请了临时专利新技术。为了提高效率，他们正在研究从支架中散射光到每个细胞的钙钛矿核的新方法。

“我们对这些结果感到非常兴奋，”他说。这是一种设计太阳能电池的新思路。这些支架细胞看起来也很酷，所以在实际应用中有一些有趣的审美可能性。