La luce solare riflessa dalle celle solari viene persa come energia inutilizzata. Le ali della farfalla Pachliopta aristolochiae sono perforati da nanostrutture (nanofori) che aiutano ad assorbire la luce su un ampio spettro molto meglio delle superfici lisce. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sono ora riusciti a trasferire queste nanostrutture alle celle solari e, così, aumentando il loro tasso di assorbimento della luce fino al 200 percento. Gli scienziati riportano i loro risultati sulla rivista Progressi scientifici .

"La farfalla da noi studiata è di un nero molto scuro. Ciò significa che assorbe perfettamente la luce solare per una gestione ottimale del calore. Ancora più affascinanti del suo aspetto sono i meccanismi che aiutano a raggiungere l'alto assorbimento. Il potenziale di ottimizzazione nel trasferimento di queste strutture al fotovoltaico (PV ) è risultato essere molto più alto del previsto, " afferma il Dr. Hendrik Hölscher dell'Institute of Microstructure Technology (IMT) di KIT.

Gli scienziati del team di Hendrik Hölscher e Radwanul H. Siddique (ex KIT, ora Caltech) ha riprodotto le nanostrutture della farfalla nello strato assorbente di silicio di una cella solare a film sottile. L'analisi successiva dell'assorbimento della luce ha prodotto risultati promettenti:rispetto a una superficie liscia, il tasso di assorbimento della luce incidente perpendicolare aumenta del 97% e sale continuamente fino a raggiungere il 207% con un angolo di incidenza di 50 gradi. "Questo è particolarmente interessante nelle condizioni europee. Spesso, abbiamo una luce diffusa che difficilmente cade sulle celle solari ad angolo verticale, " dice Hendrik Hölscher.

Però, ciò non implica automaticamente che l'efficienza dell'intero sistema FV sia migliorata dallo stesso fattore, dice Guillaume Gomard di IMT. "Anche altri componenti giocano un ruolo. Quindi, il 200 per cento è da considerarsi un limite teorico per il miglioramento dell'efficienza."

Prima di trasferire le nanostrutture alle celle solari, i ricercatori hanno determinato il diametro e la disposizione dei nanofori sull'ala della farfalla mediante microscopia elettronica a scansione. Quindi, hanno analizzato i tassi di assorbimento della luce per vari modelli di fori in una simulazione al computer. Hanno scoperto che fori disordinati di vari diametri, come quelli che si trovano nella farfalla nera, ha prodotto tassi di assorbimento più stabili sull'intero spettro ad angoli di incidenza variabili, rispetto a nanoholes monodimensionali disposti periodicamente. Quindi, i ricercatori hanno introdotto fori posizionati in modo disordinato in un assorbitore FV a film sottile, con diametri variabili da 133 a 343 nanometri.

Gli scienziati hanno dimostrato che la resa luminosa può essere notevolmente migliorata rimuovendo il materiale. Nel progetto, hanno lavorato con silicio amorfo idrogenato. Secondo i ricercatori, però, qualsiasi tipo di tecnologia fotovoltaica a film sottile può essere migliorata con tali nanostrutture, anche su scala industriale.

I moduli fotovoltaici a film sottile rappresentano un'alternativa economicamente interessante alle tradizionali celle solari in silicio cristallino, poiché lo strato che assorbe la luce è più sottile di un fattore fino a 1000 e, quindi, il consumo di materiale è ridotto. Ancora, i tassi di assorbimento degli strati sottili sono inferiori a quelli delle celle di silicio cristallino. Quindi, sono utilizzati in sistemi che necessitano di poca potenza, come calcolatrici tascabili o orologi. Un maggiore assorbimento renderebbe le celle a film sottile molto più attraenti per applicazioni più grandi, come gli impianti fotovoltaici sui tetti.