یک لنز نوری جدید نور پراکنده شده را از جهات مختلف بدون هیچ گونه اجزای متحرک جمع آوری و متمرکز می کند و این امید را ایجاد می کند که بتواند به کارآمدتر شدن سلول های خورشیدی آینده کمک کند. طراحی شده توسط نینا وایدیا و اولاو سولگارد در دانشگاه استنفورد، ایالات متحده، این لنز برای تغییر جهت نور صرفاً به افزایش ضریب شکست لایه های شیشه ای متوالی متکی است. موفقیت یک نمونه اولیه نشان می دهد که می توان از آن به عنوان یک سطح کاشی روی پنل های خورشیدی استفاده کرد.
برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی، بسیاری از محققان در حال کار بر روی تکنیک هایی برای متمرکز کردن نور خورشید ورودی بر روی مناطق کوچکتر هستند. این را می توان با استفاده از طیف گسترده ای از تنظیمات نوری پیشرفته انجام داد – اما برای بهره وری بهینه، این دستگاه ها باید همیشه به سمت خورشید حرکت کنند، که به سیستم های ردیابی پرهزینه و پیچیده نیاز دارد.
به عنوان یک جایگزین، وایدیا و سولگارد لنزی طراحی کردند که نور پراکنده خورشید را به صورت غیرفعال، در طیف وسیعی از زوایای برخورد جمع‌آوری می‌کند و آن را روی یک نقطه متمرکز می‌کند. این دستگاه که توسط طراحان آن لنز شاخص محوری درجه بندی شده (AGILE) نامیده می شود، به شکل یک هرم مربع معکوس است که راس آن بریده شده است. از هشت لایه شیشه ای با ضریب شکست تشکیل شده است که به تدریج به سمت پایین افزایش می یابد.
به لطف این چیدمان، وقتی پرتوی نور وارد مربع بزرگ‌تر در بالای AGILE می‌شود، مسیر آن به سمت پایین منحنی می‌شود که از میان هرم پیش می‌رود. صرف نظر از زاویه تابش پرتو در بالا، پس از رسیدن به مربع کوچکتر در پایین، تقریباً عمودی خواهد بود. وایدیا و سولگارد همچنین طرف‌های شیب‌دار هرم خود را با آینه پوشانده‌اند، بنابراین نوری که در غیر این صورت ممکن است از عدسی خارج شود، به داخل منعکس می‌شود.
مواد مناسب را جستجو کنید
برای ساختن یک نسخه اولیه از AGILE، وایدیا و سولگارد جست و جوی گسترده ای از مواد شیشه ای احتمالی انجام دادند. این شیشه‌ها باید مجموعه‌ای از الزامات سختگیرانه را برآورده کنند، از جمله توانایی انتقال طیف گسترده‌ای از طول‌موج‌ها از طیف خورشیدی، که تقریباً 300 تا 1200 نانومتر را در بر می‌گیرد. این مواد همچنین باید نرخ های مشابهی از انبساط حرارتی را نشان دهند، در حالی که هنوز طیف وسیعی از ضرایب شکست را در بر می گیرند.
هنگامی که این دو نفر مجموعه ای از عینک های نوری را شناسایی کردند که این شرایط را برآورده می کردند، آنها یک نمونه اولیه را با اتصال لایه ها به یکدیگر در یک پشته عمودی، قبل از حک کردن شکل هرم لنز و پوشاندن آن با آلومینیوم بازتابنده ساختند.
سلول های خورشیدی Kirigami خورشید را دنبال می کنند
در آزمایشات اولیه خود که در آن توضیح می دهند میکروسیستم ها و مهندسی نانو, محققان نشان دادند که AGILE بیش از 90 درصد از نور پراکنده ورودی را که در نقطه ای به اندازه یک سوم سطح مربع بالایی متمرکز شده است، منتقل می کند. بر اساس این نتیجه، آنها پیشنهاد می‌کنند که پانل‌های خورشیدی می‌توانند با آرایه‌هایی از کاشی‌های AGILE پوشانده شوند، که نه تنها به پانل‌ها اجازه می‌دهد تا نور خورشید را به طور غیرفعال در طول روز جذب کنند، بلکه به آنها اجازه می‌دهد تا نور پراکنده شده توسط جو زمین را نیز برداشت کنند.
این دو گزارش می دهند که گام بعدی نشان دادن چگونگی تولید AGILE در مقیاس های بزرگ از طریق تکنیک هایی از جمله پوشش اسپری، قالب گیری و چاپ سه بعدی خواهد بود.
