La couleur des papillons est principalement attribuée à la couleur structurelle résultant de la diffraction de la lumière naturelle. Cependant, la couleur noire indique la rétention de la lumière du soleil dans les écailles du papillon. Dans certains cas extrêmes, un papillon sera rapidement dégivré par la conversion lumière-chaleur dans les écailles noires de ses ailes. Inspirés par un tel processus de récupération de la lumière naturelle, des scientifiques de l’unité de recherche NANOMO de l’université d’Oulu, en Finlande, ont examiné attentivement les nanostructures des écailles noires obtenues à partir de différents papillons et ont évalué leur capacité à capter la lumière lorsqu’elles sont placées sur des panneaux solaires à base de silicium.
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New study: Very effective nanostructures biomimicked from black scales of butterflies can be used for antireflective coating on solar panels.Photo: University of Oulu
Même si elles ont apparemment la même couleur foncée, les écailles des papillons ont des nanostructures variées selon leur espèce. Par exemple, la morphologie de l’écaille de l’Ornithoptera priamus consiste en des couloirs parallèles en forme de V formés entre deux crêtes et reliés par de fines couches. Cette structure est très différente de celle des trois autres espèces, Tirumala limniace, Graphium doson et Papilio protenor cramer, où les structures sont constituées de crêtes rondes espacées par des rangées de 1, 2 et 3 trous. Par conséquent, la réflexion de la lumière sur les écailles noires diffère, celle sur la partie noire de l’Ornithoptera priamus présentant des valeurs minimales allant de 1 à 5 % dans la région de la lumière visible.
L’utilisation de ces structures comme motifs antireflets permettra de récolter la lumière du soleil sur des panneaux photovoltaïques à base de silicium. Des résultats de simulation par ordinateur ont montré qu’après avoir placé ces nanostructures sur des panneaux solaires en Si, la rétrodiffusion de surface diminuait considérablement. La structure en échelle de l’Ornithoptera priamus offrait la meilleure capacité antireflet. La réflexion de la lumière est passée de plus de 35 % sur un panneau de Si nu à moins de 5 %. Par conséquent, le courant de court-circuit, c-à-d. le plus grand courant pouvant être obtenu de la cellule photovoltaïque, a été augmenté de 66%. Des réalisations expérimentales liées à une telle approche ont également été proposées.
Les derniers progrès de la recherche confirment le rôle de leader mondial du groupe NANOMO dans le domaine du biomimétisme. L’unité est pionnière dans l’application des concepts fondamentaux de la physique à la photonique appliquée et à la collecte de l’énergie solaire. Les recherches ont été coordonnées par les professeurs Wei Cao et Marko Huttula, de l’université d’Oulu.
Compte tenu du grand volume de panneaux solaires en silicium utilisé, il est prévu que les ailes de papillon puissent apporter une contribution majeure à la production d'énergie propre.
Article :
Zhongjia Huang, Xinying Shi, Gang Wang, Petri Leukkunen, Marko Huttula, Wei Cao:
Antireflective design of Si-based photovoltaics via biomimicking structures on black butterfly scales, Solar Energy, Volume 4. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.05.031sciencedirect.com 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X2030520X
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