Междисциплинарная исследовательская группа обнаружила, что структура информации, записанной на диске Blu-ray – неважно, «Суперкоп» это Джеки Чана или мультфильм «Гриффины» – очень хорошо работает для улучшения поглощения света через солнечный спектр. И что еще лучше, исследователи знают, почему.
«У нас было подозрение, что диски Blu-ray могут улучшить солнечные элементы, и, к нашему удовольствию, мы обнаружили, что существующие модели уже очень хороши», – сказал Цзясин Хуанг, химик-материаловед и доцент кафедры материаловедения и инженерии. в Школе инженерии и прикладных наук Маккормика. "Это как если бы инженеры-электрики и ученые-информатики, разрабатывающие технологию Blu-ray, тоже подсознательно выполняли нашу работу."
Диски Blu-ray содержат более высокую плотность данных, чем DVD или компакт-диски, и именно этот квазислучайный образец, усовершенствованный инженерами на протяжении десятилетий для хранения данных, при переносе на поверхность солнечных элементов обеспечивает правильную текстуру для улучшения светопоглощение и производительность клеток.
Работая с Ченг Сун, доцентом кафедры машиностроения в McCormick, Хуанг и его команда протестировали широкий спектр фильмов и телешоу, хранящихся на дисках Blu-ray, включая боевики, драмы, документальные фильмы, мультфильмы и черно-белый контент. , и обнаружил, что видеоконтент не имеет значения. Все они одинаково хорошо работали для увеличения поглощения света в солнечных элементах.
Результаты будут опубликованы в ноябре. 25 в журнале Nature Communications.
В области солнечных элементов известно, что если текстура помещается на поверхность солнечного элемента, свет рассеивается более эффективно, повышая эффективность элемента. Ученые давно ищут наиболее эффективную фактуру при разумной стоимости изготовления.
Исследователи из Северо-Запада продемонстрировали, что строки двоичных кодов 0 и 1 на диске Blu-ray, встроенные в виде островов и ямок для хранения видеоинформации, придают солнечным элементам почти оптимальную текстуру поверхности для улучшения их поглощения в широком спектре солнечного света.
В своем исследовании исследователи впервые выбрали фильм Джеки Чана «Суперкар».«Они воспроизвели рисунок на активном слое полимерного солнечного элемента и обнаружили, что этот элемент был более эффективным, чем контрольный солнечный элемент со случайным рисунком на его поверхности.
«Мы обнаружили, что случайный узор или текстура работают лучше, чем отсутствие узора, но лучше всего подходит узор диска Blu-ray», – сказал Хуанг. "Тогда я подумал, почему это сработало?
Если не понимаешь почему, это плохая наука."
Хуан некоторое время ломал голову над вопросом, почему.
Однажды его жена Шаорон Лю, инженер по базам данных в IBM, предположила, что это, вероятно, как-то связано со сжатием данных. Это было понимание, в котором нуждался Хуан.
Затем Хуанг и Сунь обратились к коллеге Маккормика Дуннин Го, эксперту в области теории информации, чтобы изучить эту идею. Го – доцент кафедры электротехники и информатики.
Исследователи внимательно изучили алгоритмы обработки данных в стандарте Blu-ray и отметили, что эти алгоритмы служат двум основным целям:
Достижение максимально возможной степени сжатия путем преобразования видеосигналов в кажущуюся случайной последовательность нулей и единиц; а также
Повышение устойчивости к ошибкам за счет добавления контролируемой избыточности в последовательность данных, которая также ограничивает количество последовательных нулей и единиц.
Эти две цели, по словам исследователей, привели к квазислучайному массиву островков и ямок (нулей и единиц) с размерами элементов от 150 до 525 нанометров. И этот диапазон, как оказалось, вполне подходит для приложений по улавливанию света во всем солнечном спектре.
Общее увеличение широкополосного поглощения солнечного элемента с рисунком Blu-ray составило 21.8 процентов, сообщают исследователи.
«Помимо улучшения полимерных солнечных элементов, наше моделирование предполагает, что шаблоны Blu-ray могут широко применяться для улавливания света в других типах солнечных элементов», – сказал Сан.
«Было довольно неожиданно и по-настоящему захватывающе видеть новую науку, появившуюся на стыке теории информации, нанофотоники и материаловедения», – сказал Хуанг.