受蝴蝶翅膀啟發 科學家開發高效太陽能板

科學家加州理工學院（加州理工學院）和德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的一組研究人員從一種黑蝴蝶翅膀的特殊結構中獲得靈感，開發出吸收光能效率更高的三維打印太陽能電池板。這一大自然的饋贈，將幫助科學家開發更加高效和低成本的薄膜太陽能電池。

加州理工學院的研究團隊領導人Radwanul Siddique說，很多昆蟲具有結構顏色，顏色來自納米結構。例如，許多大閃蝶（Morpho）明亮的藍色和綠色是由翅膀中的小樹狀結構引起的，這些結構小於一毫米。這些納米結構以不同的角度吸收和反射不同顏色的光，因此蝴蝶似乎「閃爍」並改變顏色。

一種普通的玫瑰蝴蝶引起了西迪基的注意，其天鵝絨般的黑色翅膀從細微的小孔中捕獲和吸收光線，使蝴蝶的顏色比其它種類顏色更黑。這種吸收更多光線的結構正是西迪基所需要的。

這種蝴蝶稱為紅珠鳳蝶（Pachliopta aristolochiae），別名七星蝶、紅紋鳳蝶、紅腹鳳蝶，廣泛分佈於東亞地區，包括台灣、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，特徵為體背黑色，腹部側面及尾端密生紅毛，前、後翅呈黑色，翅脈、脈紋及翅緣呈灰白或棕褐色等。

這種蝴蝶翅膀上隨機分佈著尺寸、形狀都不規則的晶格結構，於寒冷的季節幫助蝴蝶調節並保存體溫。將標本放在電子顯微鏡下掃描後，看到這些納米晶格結構的開口小於 1 微米，可以在各種不同的角度和波長範圍內吸收陽光。

這些孔徑小於一微米的孔洞是提高蝴蝶翅膀光能吸收的關鍵，研究人員發現這些孔洞的尺寸、分佈和形狀都是隨機的，但是其位置和順序對於提高吸收光能效率來說至關重要。 Radwanul Siddique率領的小組通過電腦分析，並模仿黑蝴蝶翅膀的納米結構模型，用3D打印機打印了一些具有類似結構的太陽能面板進行測試，與以前的結構相比，光吸收效率增加了200%以上。

多數太陽能電池板的晶體電池須以一定角度定位，好直面太陽以產生最多能量，且一天當中只有幾個小時可產生電力。但將這種蝴蝶翅膀的小孔結構應用到薄膜太陽能電池後，由於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，電力可以產出更多。