Новые фрактальные солнечные панели сочетают эффективность и эстетичность - «Новости Электроники»

Идея использовать природные фрактальные структуры при разработке фотоэлементов появилась давно. Помимо улучшения эстетики, они предназначались для увеличения площади поверхности слоя фотоактивного материала. В теории этого можно достичь, заменив стандартную схему размещения электродов на древовидную. Но такое решение оставалось далеким от массового внедрения в производство, так как фрактальные модули, по сравнению с обычными, отличались высокими потерями электроэнергии.

Ученым из Орегонского университета удалось развить эту идею, разработав гибридную схему расположения контактов. По их словам, предприятия, производящие продукцию для солнечной энергетики, давно используют шины, так как многослойное пересечение электродов по производительности превосходит однослойные соединения. Исследователи смогли разработать схему, получившую изящный фрактальный рисунок, который функционирует без снижения эффективности.

В команду, отвечавшую за ее создание, были включены психологи и физики. В ходе последовательных экспериментов они пытались найти фрактальную структуру, которая оставалась бы эстетически привлекательной, и определить, какие ее характеристики влияют на восприятие. Участникам исследования предлагалось выбрать наиболее визуально привлекательную схему из приведенных на рисунке.

Полученные в ходе изысканий данные помогли ученым смоделировать схему электродов, которая не ухудшает визуальное восприятие. Она основана на фрактальной структуре, называемой H-деревом или T-разветвлением, узор которой включает в себя повторяющуюся букву H. Схема симметрична и состоит из пересекающихся под прямым углом линий.

Для проверки ее эффективности ученые создали экспериментальный солнечный элемент, состоящий из алюминиевого электрода толщиной 50 мкм, который размещен над эмиттерным слоем в 1 мкм из легированного азотом кристаллического кремния. Между частями фрактальной структуры остается расстояние как минимум в 3 мм, поэтому человек с острым зрением способен различить ее минимум с 10 метров. Это примерно соответствует дистанции между установленными на крыше дома солнечными батареями и тротуаром внизу. Потери энергии при использовании новой гибридной панели сравнимы с традиционными солнечными элементами.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Plos One. Ученые уверены, что подход, при котором с целью тестирования новых электрических схем проводятся последовательные эксперименты в области эстетического восприятия и физики, найдет широкое применение в машиностроении и дизайне.

Источник: plos.org