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進(jìn)化論為更高效太陽能電池設(shè)計注入靈感
太陽能源幾乎無窮無盡，但通過晶體硅太陽能電池將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Φ某杀敬_實極其昂貴，幾乎是煤炭發(fā)電成本的十倍。有機太陽能電池（聚合物太陽能電池）有望成為一種解決方案。不過，聚合物的電氣性質(zhì)并不理想，有機太陽能電池的設(shè)計仍存有缺陷。
目前，美國西北大學(xué)（Northwestern University）研究人員針對有機太陽能電池研發(fā)新型設(shè)計，可令太陽能發(fā)電效率更高，成本更低。
研究人員尋求設(shè)計散射層的幾何圖案能夠令保存在電池中的光線數(shù)額最大化，并不打算通過改變太陽能電池聚合物層的厚度來達(dá)到這一目的。
通過使用于自然進(jìn)化的數(shù)學(xué)搜索算法，研究人員精確的設(shè)計出特定幾何模型，以最大程度 的捕捉太陽光以及將其儲存在薄型有機太陽能電池之中。
這一最終設(shè)計的效率比20世紀(jì)80年代研發(fā)的熱力學(xué)極限Yablonovitch Limit高出三倍。
在這類新型有機太陽能電池中，光線首先進(jìn)入100納米厚的“散射層“（可以最大程度將光線傳送至電池的幾何圖案介電層），隨后被輸往活躍層，并在那里被轉(zhuǎn)換成電力。
麥考密克研究人員設(shè)計幾何圖案光散射層以令太陽能電池效率更高，成本更低
西北大學(xué)麥考密克（McCormick）工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院助理教授論文共同作者之一Cheng Sun表示：“我們需要確定散射層的幾何圖案，確保其能夠發(fā)揮最佳性能。”
“不過，鑒于可能性較多，從哪里著手仍很棘手。因此，我們尋求自然選擇規(guī)律來指引我們。”
麥考密克工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授Wei Chen解釋道：“研究人員選擇遺傳算法來進(jìn)行研發(fā)，這是一種基于生物自然選擇與遺傳機理的隨機搜索與優(yōu)化方法。”
Chen稱：“鑒于系統(tǒng)高度的非線性與不規(guī)則行為，你必須使用一種智能方案來尋找到最佳解決方案。我們的研究方案是基于生物進(jìn)化過程中的優(yōu)勝劣汰。”
研究人員以數(shù)十個隨機設(shè)計元素開始，將其“配對”，隨后分析它們的“后代”來確定光捕獲性能。這一過程將超過20代。
這種模式將由合作伙伴美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）制造。（譯者：Krystal）