Mottenaugen für effizientere Solarzellen

Anti-Reflexionsschicht nach dem Vorbild der Insekten fängt mehr Sonnenlicht ein

Nanostruktur mit variablen Brechnungsindex
Nanostruktur mit variablen Brechnungsindex

Eindhoven (Niederlande) - Je mehr Sonnenlicht auf eine Solarzelle fällt, desto mehr Strom kann erzeugt werden. Damit die Module möglichst wenige Lichtwellen reflektieren, entwickelten niederländische Materialforscher eine Antireflex-Schicht nach dem Vorbild der Augen von Motten. Denn selbst bei Nacht können die Insekten mit einem geschickten Nanoaufbau ihrer Augen das geringe Restlicht effektiv wahrnehmen. In der Fachzeitschrift "Advanced Materials" berichten die Wissenschaftler, wie sie die Antireflex-Schichten der Mottenaugen im Labor nachbauen konnten.

"Zum ersten Mal konnten wir zeigen, dass diese Strukturen zu einer dominanten Lichtaufnahme führten", sagt Jaime Gomez Rivas. Zusammen mit seinen Kollegen vom AMOLF-Institut in Eindhoven erkannte er, dass sich im Mottenauge der Brechungsindex für sichtbares Licht in einer Schichtstruktur nach und nach zunimmt und mehr als verdreifacht, bevor die Lichtstrahlen auf den Sehnerv fallen. Kaum ein Lichtteilchen wird dabei ungenutzt reflektiert.

Den gleichen Effekt erzielten die Forscher nun mit einer Schichtstruktur aus winzigen Nanostäbchen aus Galliumphosphid. Da diese Stäbchen nach und nach länger wurden, veränderte sich auch der Brechnungsindex kontinuierlich. In zahlreichen Versuchen zeigten die Wissenschaftler, dass Licht verschiedener Wellenlängen und Einfallswinkel effektiv eingefangen werden konnte und die Reflexion deutlich abnahm.

Nun gilt es, aufbauend auf diesen Ergebnissen eine einfache Beschichtungsmethode für Solarzellen zu entwickeln. Gelingt es, kann diese Antireflexschicht auf Solarzellen auftragen werden, um durch eine gesteigerte Transmission die Wirkungsgrade zu steigern. Rivas hält es sogar für möglich, Schichten zu entwickeln, die 99 Prozent des einfallenden Lichts aufnehmen können. Dazu müssen die kontrolliert gezüchteten Nanostäbchen jedoch sukzessive länger und dicker werden.