Stiefmütterchen hilft die Lichtausbeute bei Solarzellen zu erhöhen
Manchmal entstehen faszinierende Technologien, wenn Wissenschaftler farbenprächtige Blüten betrachten. Eine Forschungsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersuchte eine Vielzahl unterschiedlicher Pflanzen- und Blütenblätter und fand Mikrostrukturen auf der Blüte des Stiefmütterchens (Viola wittrockiana), die Reflexionsverluste drastisch reduzieren. In der Natur führt dieser Effekt zu einem hellen und gesättigten Farbeindruck, mit dem die Blüten mögliche Bestäuber anlocken. Das Team um Ulrich W. Paetzold vom „Institut für Mikrostrukturtechnik“ (IMT) in Kooperation mit dem „Lichttechnischen Institut“ (LTI) konnte nun zeigen, dass mit dem gleichen Effekt die Leistung von Silizium-Solarzellen um 6% relativ gesteigert werden kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „ACS Photonics Letter“.
Eine detaillierte Analyse der Stiefmütterchenblüte zeigt, dass sie eine hierarchische Struktur aus Kegeln in der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern aufweist, die mit winzigen Falten im Nanobereich überzogen sind. Überträgt man diese Struktur als Beschichtung auf Solarzellen, reduziert sie die Oberflächenreflexion. Außerdem reduziert sie den Lichtverlust an der Grenzfläche zwischen Verkapselung und Solarzelle, indem sie Licht zurückleitet, welches versucht die Zelle zu verlassen. Eine Anwendung der neuen Erkenntnisse ist nach Angaben der Wissenschaftler dabei nicht auf Silizium-Solarzellen beschränkt, sondern prinzipiell auf alle Technologien anwendbar, bei denen Reflexionsverluste auftreten. Zudem könne man die natürliche Struktur noch optimieren: „Wir arbeiten derzeit an künstlich gestalteten Strukturen für eine noch größere Lichtausbeute“, sagt Raphael Schmager, der Hauptautor der Studie.
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mhe, 17.11.2017