En ny optisk linse høster og koncentrerer spredt lys fra flere retninger uden nogen bevægelige komponenter, hvilket vækker håb om, at det kan hjælpe med at gøre fremtidige solceller mere effektive. Designet af Nina Vaidya , Olav Solgaard ved Stanford University, USA, er linsen udelukkende afhængig af de stigende brydningsindekser for successive glaslag for at omdirigere lys. Succesen med en prototype tyder på, at den kunne bruges som en flisebelagt overflade på solpaneler.
For at forbedre effektiviteten af solceller arbejder mange forskere på teknikker til at koncentrere indkommende sollys på mindre områder. Dette kan gøres ved hjælp af en bred vifte af avancerede optiske opsætninger – men for at opnå optimal effektivitet skal disse enheder bevæge sig mod solen til enhver tid, hvilket kræver dyre og komplekse sporingssystemer.
Som et alternativ designet Vaidya og Solgaard en linse, der opsamler spredt sollys passivt over en bred vifte af indfaldsvinkler og koncentrerer det på et enkelt sted. Døbt Axially Graded Index Lens (AGILE) af sine designere, er enheden formet som en omvendt firkantet pyramide med spidsen afskåret. Den er sammensat af otte glaslag med brydningsindeks, der stiger gradvist mod bunden.
Takket være dette arrangement, når en lysstråle kommer ind i den større firkant i toppen af AGILE, krummer dens vej nedad, mens den skrider frem gennem pyramiden. Uanset strålens indfaldsvinkel i toppen, vil den således være næsten lodret, når den først når den mindre firkant i bunden. Vaidya og Solgaard beklædte også de skrå sider af deres pyramide med et spejl, så lys, der ellers kunne slippe ud af linsen, bliver reflekteret indeni.
Søg efter de rigtige materialer
For at bygge en prototypeversion af AGILE gennemførte Vaidya og Solgaard en omfattende søgning af mulige glasmaterialer. Disse briller skal opfylde et strengt sæt krav, herunder evnen til at transmittere en bred vifte af bølgelængder fra solspektret, som spænder omkring 300 til 1200 nm. Materialerne vil også skulle vise lignende hastigheder af termisk ekspansion, mens de stadig omfatter en bred vifte af brydningsindekser.
Da duoen havde identificeret et sæt optiske briller, der opfyldte disse betingelser, fremstillede de en prototype ved at binde lagene sammen til en lodret stak, før de udskåret linsens pyramideform og belagt den med reflekterende aluminium.
Kirigami solceller følger Solen
I deres indledende eksperimenter, som de beskriver i Mikrosystemer og nanoteknik, forskerne viste, at AGILE transmitterede over 90 % af det indkommende spredte lys, koncentreret på en plet, der var en tredjedel af størrelsen af den øverste kvadratiske overflade. Baseret på dette resultat foreslår de, at solpaneler kunne belægges med arrays af AGILE fliser, som ikke kun ville tillade panelerne at fange Solens lys passivt hele dagen, men også tillade dem at høste det diffuse lys spredt af Jordens atmosfære.
Duoen rapporterer, at næste skridt vil være at vise, hvordan AGILE kunne fremstilles i stor skala gennem teknikker, herunder spraycoating, støbning og 3D-print.
