Solar Energy Harvesting Through Biomimicking the Wings of a Butterfly
The color of butterflies is mainly attributed to structural color as a result of diffraction of natural light. However, black color denotes trapping of sunlight within the butterfly scales. In some extreme cases, a butterfly will be rapidly de-iced through light-heat conversion within black scales on wings. Inspired by such a natural light harvesting process, scientists in the NANOMO unit carefully examined nanostructures of black scales obtained from different butterflies and assessed their light trapping abilities when placed on Si-based solar panels.
Even with apparently the same dark color, butterfly scales have varied nanostructures depending on their species. For example, the morphology of Ornithoptera priamus scale consists of parallel V-shaped gullies formed between two ridges and connected by thin layers. This is very different from the scale structure of other three species, Tirumala limniace, Graphium doson, and Papilio protenor cramer, where the structures consist of round ridges spaced by arrays of 1, 2, and 3 holes. Correspondingly, light reflection on the black scales differs, with the one on the black part of Ornithoptera priamus owing minimum values ranging from 1-5% at the visible light region.
Using these structures as antireflective patterns will help sunlight harvesting on Si based photovoltaics. Computer simulated results showed that after placing these nanostructures on Si solar panels, surface backscattering decreased substantially. The scale structure of Ornithoptera priamus gave the best antireflection. Light reflection decreased from more than 35% on bare Si panel down to less than 5%. As a result, the short-circuit current, i.e. the largest current that can be obtained from the photovoltaic cell, was increased by 66%. Experimental realizations of such a strategy have also been proposed.
The latest research progress continues the world-leading role of NANOMO in biomimicry. The unit pioneers in applying fundamental concepts in physics to applied photonics and solar energy harvesting. A very recent TUTLI funding from BusinessFinland was granted to NANOMO to scale up bio-inspired designs for new surface functionality applications in an industrial scale.
The newest study is published in a forthcoming Solar Energy publication. The research was coordinated by Associate Professor Wei Cao and Professor Marko Huttula from the University of Oulu.
Considering the large volume of Si solar panels in use, it is foreseen that the butterfly wings can provide a major contribution to clean energy production.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Associate Professor Wei Cao, University of Oulu, NANOMO Research Unit, tel. +358 400 897 982, e-mail: Wei.Cao@oulu.fi
Professor Marko Huttula, University of Oulu, NANOMO Research Unit, tel. +358 400 566 218, e-mail: Marko.Huttula@oulu.fi
Communications Specialist Tiina Pistokoski, University of Oulu, tel. +358 40 7161 387, e-mail: Tiina.Pistokoski@oulu.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta University of Oulu
98 nya doktorander rekryteras till Uleåborgs universitet26.3.2024 10:24:03 EET | Tiedote
Uleåborgs universitet in norra Finland rekryterar sammanlagt 98 doktorander för en period på tre år som en del av det nya pilotprojektet för doktorandutbildning som finansieras av det finska undervisnings- och kulturministeriet. Forskarna förväntas slutföra sin doktorsavhandling inom tre år. De första doktoranderna kommer att rekryteras under våren.
Oulun yliopiston 11. tohtoripromootio siirtyy syyskuulle 202020.3.2020 09:54:24 EET | Tiedote
Oulun yliopiston vuoden 2020 tohtoripromootio siirretään koronaviruksen (COVID-19) aiheuttaman tartuntatautipandemian vuoksi syyskuulle. Tohtoripromootio pidetään 11.–13.9.2020. Tapahtuma järjestetään nyt ensimmäistä kertaa syksyllä, sillä perinteisesti Oulun yliopiston kaikkien tiedekuntien yhteistä tohtoripromootiota vietetään toukokuun lopulla.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme