研究人員模仿不起眼的葉子，在光伏材料表面制成微觀褶皺，顯著提高了輸出功率，他們采用的是柔性、低成本太陽能電池。

　　這個研究小組是普林斯頓大學（Princeton University）的科學家領導的，他們的成果4月22日在線發(fā)表在《自然•光子學》上，題為《細紋和深皺褶用作光伏材料的光子結構》（Wrinkles and deep folds as photonic structures in photovoltaics），報道說，褶皺使發(fā)電量增加了47％。魯越臨（Yueh-Lin （Lynn） Loo）是首席研究員，他說，精細校準的褶皺在電池板表面會疏導光波，提高光伏材料的暴光量。

　　“在平面上，光線或者被吸收，或者被反射回來，”魯越臨說，他是普林斯頓大學化學和生物工程教授。“添加這些曲線，我們就創(chuàng)造了一種波導。這會帶來更多的機會，使光被吸收。”

　　研究小組工作中使用的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是用相對便宜的塑料制成。目前，太陽能電池板通常是用硅制作，既脆弱，也比塑料昂貴。到目前為止，塑料電池板還不實用，沒有廣泛使用，因為它們的能量生產太低。但是，研究人員一直在增加這一效率，目標是創(chuàng)造一種廉價，堅韌和柔性的太陽能發(fā)電材料。

微觀褶皺提高太陽能電池的輸出功率和耐久性

　　如果研究人員可以增加塑料電池板的效率，那這種材料發(fā)電，就可以采用表面陣列，可以采用插入窗口的電池板，也可以覆蓋在外墻上或背包上。

　　“這是柔性的，可彎曲，重量輕，成本低，”魯越臨說。

　　在大多數(shù)情況下，研究人員都是集中增加塑料光伏材料本身的效率。最近的進展很有希望：加州大學洛杉磯分校（UCLA）的研究小組發(fā)布一種系統(tǒng)，具有10.6％的效率。這就是接近10％至15％的水平，被視為瞄準商用的開發(fā)。

金鐘福（Jong Bok Kim）屬于研究小組，他發(fā)現(xiàn)，微觀褶皺可顯著提高太陽能電池的功率

        魯越臨說，這種褶皺方法有望提高這些數(shù)字。因為這種技術適應大多數(shù)塑料光伏材料類型，應該會全面提升效率。

　　“這是一個非常簡單的工藝，你可以用任何材料，”她說。“我們已經用其他聚合物進行了測試，效果很好。”

　　金鐘福是化學和生物工程博士后研究員，也是論文的首席作者，他解釋說，《自然•光子學》論文描述，電池板表面的褶皺會引導光波，穿過材料，方式上很像河槽疏導水流穿過農田。研究人員使光線彎曲，穿過材料，基本上可以捕捉光線，使進入光伏材料內部，停留一段較長的時間，從而更多地吸光和發(fā)電。

細紋向褶皺的結構演變

　　“我預計，這會增加光電流，因為褶皺的表面很類似葉子的形態(tài)，葉子這種自然系統(tǒng)具有很高的捕光效率，”金鐘福說，他是化學和生物工程博士后研究員。“然而，當我真正在褶皺表面制成太陽能電池時，它的效果比我預期的更好。”

　　雖然這一技術帶來整體的效率提升，但是，效果尤其顯著的是在紅光部分光譜，具有最長的可見光波長。傳統(tǒng)的太陽能電池板效率大幅度下降，就是因為光的波長增加，頻譜接近紅外光時，幾乎沒有光可吸收。但是，褶皺技術可以增加這端光譜的吸收，約增加600％，這是研究人員發(fā)現(xiàn)的。

　　“如果你看一下太陽光譜就發(fā)現(xiàn)，有很多陽光我們都浪費了，”魯越臨說。“這是一種方法，可以提高效率。”

　　在機械和航空航天工程系霍華德•斯通（Howard Stone）實驗室，研究小組創(chuàng)造了這種皺褶表面，他們仔細加工了一層液體感光膠粘劑，是采用紫外線進行固化。通過控制不同部分膠粘劑的固化速度，研究小組就可以把應力引入材料中，在表面生成波紋。較淺的波紋算作細紋，較深的被稱為褶皺。研究小組發(fā)現(xiàn)，表面兼有細紋和褶皺，會產生最好的效果。

　　雖然這一過程背后的數(shù)學很復雜，但是，實際生產非常簡單。魯越臨說，這相當實用，可用于工業(yè)領域。

　　“一切都取決于這一點，事實上，你可以重復形成這種細紋和褶皺，”魯越臨說。“通過控制應力，我們就可以引入或多或少的細紋和褶皺。”

　　另一個好處是，這一工藝可以增加太陽能電池板的耐用性，減輕彎曲的機械應力。研究人員發(fā)現(xiàn)，電池板采用褶皺表面，彎曲后仍然可以保持有效性。標準的塑料電池板的能量生產，彎曲后會減少70％。

　　魯越臨說，研究人員是從葉片中取得他們的靈感。葉子看似簡單的東西，其實是一項神奇的天然工程。它的綠色表面構造完美，可彎曲和控制光線，確保最大量的太陽能可以被吸收，以創(chuàng)造能量和營養(yǎng)素，供應樹木。最近的研究是金品楠（Pilnam Kim）搞的，他是斯通實驗室的博士后研究員，他深入研究的，是如何用這些微觀結構合成一些裝置。

　　“如果你非常細致地觀察葉子，就會發(fā)現(xiàn)，它們并不平滑，它們有各種各樣的結構，”魯越臨說，他也是普林斯頓大學安德林格能源與環(huán)境中心（Andlinger Center for Energy and the Environment）副主任。“我們想模仿這些幾何效應，合成人造捕光系統(tǒng)。”