{"id":35630,"date":"2016-07-07T07:05:03","date_gmt":"2016-07-07T05:05:03","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F158640%2Fflower-power-photovoltaik-nach-dem-vorbild-der-rose.html%3FWT.mc_id%3Dca0065"},"modified":"2016-07-01T12:14:36","modified_gmt":"2016-07-01T10:14:36","slug":"flower-power-photovoltaik-nach-dem-vorbild-der-rose","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/flower-power-photovoltaik-nach-dem-vorbild-der-rose\/","title":{"rendered":"\u201eFlower Power\u201c: Photovoltaik nach dem Vorbild der Rose"},"content":{"rendered":"

Mit einer Oberfl\u00e4che wie bei Pflanzen k\u00f6nnen Solarzellen mehr Licht aufnehmen und damit mehr Strom erzeugen. Forscher des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) reproduzierten die epidermalen Zellen von Rosenbl\u00fctenbl\u00e4ttern, die eine besonders starke Antireflexwirkung besitzen, und integrierten die transparente Nachbildung in eine organische Solarzelle. Dies f\u00fchrte zu einer relativen Erh\u00f6hung der Effizienz von zw\u00f6lf Prozent. Dar\u00fcber berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002\/adom.201600046).<\/strong><\/p>\n

\"Biomimetik:
Biomimetik: Die Epidermis eines Rosenbl\u00fctenblatts wird in einer transparenten Schicht nachgebildet; diese wird in die Vorderseite einer Solarzelle integriert. (Abbildung: Guillaume Gomard, KIT)<\/figcaption><\/figure>\n

Photovoltaik \u00e4hnelt im Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Lichtenergie wird absorbiert und in eine andere Form von Energie konvertiert. Dabei ist es wichtig, das Lichtspektrum der Sonne m\u00f6glichst breit zu nutzen und das Licht aus verschiedenen Einfallswinkeln aufzunehmen, da sich der Winkel mit dem Sonnenstand \u00e4ndert. Pflanzen haben dies in ihrer langen Evolution erreicht \u2013 Grund genug f\u00fcr Photovoltaikforscher, sich bei der Entwicklung von Solarzellen mit breitem Absorptionsspektrum und hoher Einfallswinkeltoleranz an der Natur zu orientieren.<\/p>\n

Wissenschaftler am KIT und am Zentrum f\u00fcr Sonnenenergie\u00ad und Wasserstoff\u00adForschung Baden\u00adW\u00fcrttemberg (ZSW) schlagen nun in der Zeitschrift Advanced Optical Materials vor, das \u00e4u\u00dfere Abschlussgewebe von Bl\u00e4ttern h\u00f6herer Pflanzen, die sogenannte Epidermis, in einer transparenten Schicht nachzubilden und diese in die Vorderseite von Solarzellen zu integrieren, um deren Effizienz zu steigern.<\/p>\n

Zun\u00e4chst untersuchten die Forscher am Lichttechnischen Institut (LTI), Institut f\u00fcr Mikrostrukturtechnik (IMT), Institut f\u00fcr Angewandte Physik (APH) und Zoologischen Institut (ZOO) des KIT sowie am ZSW die epidermalen Zellen verschiedener Pflanzenarten auf ihre optischen Eigenschaften und vor allem ihre Antireflexwirkung. Diese erwies sich als besonders stark bei Rosenbl\u00fctenbl\u00e4ttern, bei denen sie f\u00fcr st\u00e4rkere Farbkontraste sorgt und damit die Chance auf Best\u00e4ubung erh\u00f6ht. Wie die Wissenschaftler unter dem Elektronenmikroskop feststellten, besteht die Epidermis der Rosenbl\u00fctenbl\u00e4tter aus einem ungeordneten Feld dicht gedr\u00e4ngter Mikrostrukturen, zus\u00e4tzlich gerippt durch zuf\u00e4llig platzierte Nanostrukturen.<\/p>\n

Um die Struktur dieser epidermalen Zellen \u00fcber eine gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che exakt zu reproduzieren, \u00fcbertrugen die Forscher sie in eine Form aus Polydimethylsiloxan, einem Polymer auf Siliziumbasis, dr\u00fcckten die so entstandene negative Struktur in einen optischen Kleber ein und lie\u00dfen diesen unter UV-Betrahlung aush\u00e4rten. \u201eDiese Methode ist einfach und kosteng\u00fcnstig und erzeugt Mikrostrukturen von einer Tiefe und Dichte, wie sie sich mit k\u00fcnstlichen Techniken kaum erreichen lassen\u201c, berichtet Dr. Guillaume Gomard, Leiter der Gruppe Nanophotonik am LTI des KIT.<\/p>\n

Die Wissenschaftler integrierten die transparente Nachbildung der Rosenbl\u00fctenbl\u00e4tter-Epidermis in eine organische Solarzelle. Dadurch erh\u00f6hte sich die Energieumwandlungseffizienz bei senkrechtem Lichteinfall um zw\u00f6lf Prozent (relative Steigerung). Bei sehr flachen Einfallswinkeln fiel die Effizienzsteigerung noch h\u00f6her aus. Die Forscher f\u00fchren die Steigerung vor allem auf die hervorragende richtungsunabh\u00e4ngige Antireflexwirkung der nachgebildeten Epidermis zur\u00fcck. Diese kann die Oberfl\u00e4chenreflexion unter f\u00fcnf Prozent halten, auch wenn der Lichteinfallswinkel fast 80 Grad betr\u00e4gt. Dar\u00fcber hinaus fungiert jede einzelne der nachgebildeten epidermalen Zellen als Mikrolinse, wie Untersuchungen mit einem Konfokal-Lasermikroskop zeigten. Der Mikrolinseneffekt verl\u00e4ngert den optischen Pfad innerhalb der Solarzelle, steigert die Licht-Materie-Interaktion und erh\u00f6ht die Wahrscheinlichkeit, dass die Lichtteilchen absorbiert werden.<\/p>\n

\u201eUnsere Methode l\u00e4sst sich sowohl auf weitere Pflanzenarten als auch auf andere Photovoltaiktechnologien anwenden\u201c, erkl\u00e4rt Guillaume Gomard. \u201eDa die Oberfl\u00e4chen von Pflanzen multifunktional sind, k\u00f6nnte es k\u00fcnftig m\u00f6glich sein, von ihnen mehrere Eigenschaften in einem Schritt zu \u00fcbernehmen.\u201c Die Arbeit der Forscher wirft dar\u00fcber hinaus eine grundlegende Frage auf: Welche Rolle spielt Unordnung in komplexen photonischen Strukturen? Zu dieser Frage laufen weitere Untersuchungen, von deren Ergebnissen die n\u00e4chste Generation von Solarzellen profitieren k\u00f6nnte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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