近日, 德國聯(lián)邦教研部（BMBF）近日宣布，在其資助下的卡爾斯魯厄理工學院（KIT）研究人員發(fā)現(xiàn)了能高效提升太陽能電池吸光率的新途徑，即通過仿效蝴蝶翅膀結構，可開發(fā)高效太陽能電池。新型電池的吸光率最高可提升207%。

通常，在歐洲的氣候條件下，太陽光大多被散射，很少垂直照到太陽能電池板上。優(yōu)化光捕捉成為能量轉(zhuǎn)換的基石。KIT的研究人員觀察一種鳳蝶（Pachliopta aristolochiae)，發(fā)現(xiàn)其顯著特點是通體呈深黑色，因此吸光能力很好，很適宜于為自身獲取熱量。尤其是這種蝴蝶的翅膀表面為納米結構，其微小的空洞結構較平滑表面顯著增大對光的吸收范圍。

仿效這種納米結構生產(chǎn)太陽能電池，在光線垂直照射時吸光率可提升97％，而當入射角度為50度時甚至能夠達到207％。用于太陽能電池的蝴蝶納米結構是通過計算機模擬優(yōu)化來實現(xiàn)的。

由于具有比傳統(tǒng)晶體太陽能電池還要輕、易于延展等優(yōu)點，越來越多科學家開始將目光集中在薄膜太陽能電池上，去年年底，美國加州理工學院團隊更透過模仿一種蝴蝶翅膀的結構，提高了薄膜太陽能電池的效率，應用在電池板上的話，可比傳統(tǒng)的太陽能電池板吸收多2～3倍的陽光量，吸收光照的時間也可拉長。

這種蝴蝶稱為紅珠鳳蝶（Pachlioptaaristolochiae），別名七星蝶、紅紋鳳蝶、紅腹鳳蝶，廣泛分布于東亞地區(qū)，包括中國臺灣地區(qū)、巴基斯坦、印度、尼泊爾、斯里蘭卡、緬甸、泰國、越南，柬埔寨、印尼、菲律賓、馬來西亞等地，特征為體背黑色，腹部側面及尾端密生紅毛，前、后翅呈黑色，翅脈、脈紋及翅緣呈灰白或棕褐色等。

研究作者RadwanSiddique說，他偶然發(fā)現(xiàn)了蝴蝶翅膀上隨機分布著尺寸、形狀都不規(guī)則的晶格結構，于寒冷的季節(jié)中幫助蝴蝶調(diào)節(jié)并保存體溫，因此引發(fā)他的興趣。將標本放在電子顯微鏡下掃描后，他看到這些納米晶格結構的開口小于1微米，可以不同的角度散射和吸收不同波長的光，也因此，這種蝴蝶翅膀的顏色才比其他種類還要黑。

多數(shù)太陽能電池板上的晶體電池須以一定角度定位，好直面太陽以產(chǎn)生最多的能量，且一天當中只有幾個小時可以產(chǎn)生電力，但將這種蝴蝶翅膀的小孔結構應用到薄膜太陽能電池后，由于小孔大大增加了光從極端角度照進來的吸收量，因此較之前的太陽能電池板吸收高出2～3倍的光，且接收陽光的時間也拉長了，電力可以產(chǎn)出更多。

以往，薄膜太陽能電池因效率較低，多應用于手表等小型電子產(chǎn)品上，現(xiàn)在只要在電池上多加幾個不規(guī)則小孔，就能創(chuàng)造出一種更便宜且可擴展的高效薄膜太陽能電池板，更重要的，創(chuàng)造這些小孔的過程非常容易，只要5～10分鐘就大功告成。

科學家借用昆蟲的身體構造來改進太陽能電池，之前有斯坦福大學團隊取材昆蟲的復眼結構研發(fā)新鈣鈦礦太陽能電池，有美國國家實驗室效法蛾的眼睛設計納米分層結構的太陽能板，還有加州理工學院團隊利用蝴蝶翅膀上的構造來提升薄膜太陽能電池的效率。

來源：科技部 科技新報