מבנה ייחודי של עיני העש כהשראה לבניית תאים סולארים משופרים

 מאת: אופיר מרום

העש, Cameraria ohridella, מוכר ברחבי אירופה כמזיק נפוץ, הפוגע בעליו של עץ ערמון הסוסים. אולם, בחינה מדוקדקת של אותו מזיק חושפת שיש בו יותר מהנראה לעין.

מדענים מאוניברסיטת ג'קובס שבברמן, גרמניה חקרו את המבנה המיוחד של קרנית העין של העש ואת האופן שבו מבנה זה עוזר בשיפור קליטת האור. במחקרם שהתפרסם לאחרונה, מדגימים המדענים איך יכול יישום ממצאים אלה, בתהליכי תכנון ובניה של תאים סולאריים דקים, לשפר באופן משמעותי את יעילותם.

עין העש מורכבת מכ- 400 פנים/פאות. סריקת הקרנית, פני השטח של כל פאה, מצאה שהן מכוסות במערך מסודר של בליטות פרבוליות דמויות פטמות. נמצא שגובה כל בליטה הוא כ- 70 ננומטר  ושהן מופיעות במחזוריות של 200 ננומטר. התופעה, שמופיעה גם אצל חרקים אחרים, נקראת בשמה המדעי  corneal nipples, ומדענים מייחסים לה יתרונות אופטיים בפיזור האור. 

העש Cameraria ohridella התמונה באדיבות Soebe

השפעת גודלן וצורתן של הבליטות על התכונות האופטיות של פני שטח הקרנית נבדקה בעזרת סימולציה ממוחשבת. הממצאים הראו שבליטות פרבוליות, בהשוואה לבליטות בצורת קונוס או דסקיות שנבדקו בניסוי, משפרות את תכונת החזרת האור של המשטח. בנוסף, נמצא שככל שגדל גובה הבליטה, יורד מקדם ההחזרה מפני המשטח, עבור טווח רחב יותר של אורכי גל. המשמעות של ירידה במקדם ההחזרה היא ניצול גבוה יותר של האור הפוגע בפני המשטח. תכונה זו משמשת את העש לראייה טובה יותר, ובאותו האופן יכולה לשפר את הפיכת האור לאנרגיה חשמלית בהתקנים סולאריים. כדי לבדוק ההשערה הזו, נבנה אב טיפוס של תא סולארי דק, מבוסס סיליקון אמורפי, באופן המקובל בתעשייה ובאקדמיה. החוקרים ביקשו לבדוק כיצד ישפיע שינוי טקסטורת פני שטח של התא, מתאים חלקים לבעלי בליטות, על תכונותיו. מדידת היעילות הקוונטית ומקדם ההחזרה הראו, כמצופה, שיפור משמעותי בביצועיו של התא החדש על פני אלה של בעל פני שטח חלק כמעט לכל טווח אורכי הגל. בעקבות השינוי, גדל זרם הקצר במעגל (short circuit current), המדד לזרם המקסימלי שניתן להפיק מהתא, ב-47%. הורדת עלויות הייצור והגברת היעילות הם יעדים מרכזים בתהליכי מחקר ופיתוח של תאים סולאריים. חיקוי הננו-מיבנים המצפים את קרנית העין של העש, לטובת ייצור ציפוי, המוריד את החזר האור מתאים סולאריים, יכול להוות צעד חשוב קדימה בתחום זה.
למאמר שהתפרסם ב Journal of Bioinspiration and Biomimetics