En ny optisk linse høster og konsentrerer spredt lys fra flere retninger uten noen bevegelige komponenter, noe som vekker håp om at det kan bidra til å gjøre fremtidige solceller mer effektive. Designet av Nina Vaidya og Olav Solgaard ved Stanford University, USA, stoler linsen utelukkende på de økende brytningsindeksene til påfølgende glasslag for å omdirigere lys. Suksessen til en prototype antyder at den kan brukes som en flisklar overflate på solcellepaneler.
For å forbedre effektiviteten til solceller jobber mange forskere med teknikker for å konsentrere innkommende sollys til mindre områder. Dette kan gjøres ved å bruke et bredt spekter av avanserte optiske oppsett – men for optimal effektivitet må disse enhetene bevege seg mot solen til enhver tid, noe som krever kostbare og komplekse sporingssystemer.
Som et alternativ designet Vaidya og Solgaard en linse som samler spredt sollys passivt, over et bredt spekter av innfallsvinkler, og konsentrerer det på et enkelt sted. Enheten, kalt Axially Graded Index Lens (AGILE) av designerne, er formet som en omvendt firkantet pyramide med spissen kuttet av. Den er sammensatt av åtte glasslag, med brytningsindekser som øker gradvis mot bunnen.
Takket være dette arrangementet, når en lysstråle kommer inn i den større firkanten på toppen av AGILE, krummer dens banen nedover mens den går gjennom pyramiden. Uavhengig av strålens innfallsvinkel i toppen, vil den dermed være nesten vertikal når den når den mindre firkanten nederst. Vaidya og Solgaard har også belagt de skrånende sidene av pyramiden deres med et speil, slik at lys som ellers kunne unnslippe linsen, reflekteres innvendig.
Søk etter de riktige materialene
For å bygge en prototypeversjon av AGILE, gjennomførte Vaidya og Solgaard et omfattende søk etter mulige glassmaterialer. Disse brillene må tilfredsstille et strengt sett med krav, inkludert evnen til å overføre et bredt spekter av bølgelengder fra solspekteret, som spenner over omtrent 300 til 1200 nm. Materialene vil også trenge å vise lignende hastigheter av termisk ekspansjon, mens de fortsatt omfatter et bredt spekter av brytningsindekser.
Når duoen identifiserte et sett med optiske briller som oppfylte disse betingelsene, produserte de en prototype ved å binde lagene sammen til en vertikal stabel, før de skar ut linsens pyramideform og dekket den med reflekterende aluminium.
Kirigami-solceller følger solen
I sine innledende eksperimenter, som de beskriver i Mikrosystemer og nanoteknikk, forskerne viste at AGILE transmitterte over 90 % av innkommende spredt lys, konsentrert på en flekk en tredjedel av størrelsen på den øvre kvadratiske overflaten. Basert på dette resultatet foreslår de at solcellepaneler kan belegges med arrays av AGILE-fliser, som ikke bare vil tillate panelene å fange sollyset passivt gjennom dagen, men også tillate dem å høste det diffuse lyset spredt av jordens atmosfære.
Duoen rapporterer at neste steg vil være å vise hvordan AGILE kan produseres i stor skala, gjennom teknikker inkludert spraybelegg, støping og 3D-printing.
