普林斯頓大學(xué)化學(xué)和生物工程教授，同時(shí)也是該項(xiàng)目的首席研究員林恩表示，該研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中使用的是比較便宜的、以塑料為材質(zhì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。目前，太陽(yáng)能電池板通常是采用硅為原料，一方面這種材料易碎較脆，另一方面這種材料較為昂貴。迄今為止，塑料材質(zhì)的太陽(yáng)能電池板還沒(méi)有廣泛應(yīng)用，主要是由于其發(fā)電效率較低。但是，研究人員一直在尋找可以提高塑料太陽(yáng)能電池板效率的方法，旨在創(chuàng)造出低廉、堅(jiān)固并不失柔韌的太陽(yáng)能發(fā)電材料。如果研究人員可以提高塑料太陽(yáng)能電池板的效率，那么這種材料就可以直接排列在物體表面，可以插入窗口、覆蓋在外墻上或使用到背包上。
林恩表示：“希望可以找到可塑性強(qiáng)、可彎曲、質(zhì)量輕并且成本低廉的材料。”
大多數(shù)情況下，研究人員會(huì)考慮如何提高塑料光伏材料本身的使用效率。林恩認(rèn)為，利用這種皺褶的方法很有可能將塑料光伏材料的能效提高到商業(yè)水平。因?yàn)?，這種技術(shù)對(duì)大部分類型的塑料光伏材料來(lái)說(shuō)，都會(huì)有一個(gè)全面的能效提升。“這是一種非常簡(jiǎn)單的工藝技術(shù)，并不限制使用何種材料。通過(guò)對(duì)其他的聚合物測(cè)試，該技術(shù)的能效轉(zhuǎn)換效果非常好。”
論文同時(shí)闡述了，電池板表面的細(xì)小皺褶會(huì)引導(dǎo)光波，穿過(guò)光伏材料表面，其原理就像運(yùn)河疏導(dǎo)水流穿過(guò)農(nóng)田。研究人員借助皺褶使光線彎曲，并穿過(guò)光伏材料表面，可以使捕捉到的光線進(jìn)入到光伏材料內(nèi)部，并且停留較長(zhǎng)一段時(shí)間，從而更多地吸收光能，然后發(fā)電。
林恩說(shuō)：“光線達(dá)到平面時(shí)，要么被吸收，要么被反射。現(xiàn)在，加入這些曲線后，我們創(chuàng)造了一種波導(dǎo)器。這增大了吸收光線的機(jī)會(huì)。”研究人員通過(guò)模仿樹(shù)葉，在光伏材料的表面制作微小的皺褶，從而提高了太陽(yáng)能電池的輸出功率。
據(jù)了解，因?yàn)閹в邪欛薜谋砻骖愃朴跇?shù)葉的形態(tài)，而樹(shù)葉這種自然系統(tǒng)具有很高的捕光效率，所以必然會(huì)增加光電流。雖然，該技術(shù)讓塑料光伏材料整體的效率提升，但最顯著的效果體現(xiàn)在紅光光譜部分，這是最長(zhǎng)的可見(jiàn)光波長(zhǎng)。影響傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板效率的原因，從根本上看就是因?yàn)楣饩€的波長(zhǎng)增加，光譜接近紅光時(shí)，幾乎沒(méi)有光線可被吸收。皺褶技術(shù)恰恰可以增加這段光譜的吸收能力，數(shù)據(jù)表明提高的幅度達(dá)600％。
此外，該技術(shù)可以增加太陽(yáng)能電池板的耐用性，減輕彎曲的機(jī)械應(yīng)力。研究人員發(fā)現(xiàn)，電池板采用褶皺表面后，彎曲仍然可以保持有效發(fā)電，而標(biāo)準(zhǔn)的塑料電池板的發(fā)電量，在彎曲后會(huì)減少70％。
林恩說(shuō)：“研究人員是從葉片中獲得的靈感，看似簡(jiǎn)單的樹(shù)葉，實(shí)則是大自然一項(xiàng)神奇的工程。其綠色表面完美地構(gòu)造出對(duì)彎曲的控制，確保太陽(yáng)光被樹(shù)最大化地吸收，從而產(chǎn)生足夠的能量和營(yíng)養(yǎng)。”
