Rosenblätter haben eine sehr gute Antireflexwirkung. Diese Eigenschaft haben Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) auf Solarzellen übertragen, indem sie die Struktur oberflächlicher Zellen von Rosenblütenblättern nachbildeten und in die Solarzellen integrierten. So konnten sie deren Effizienz um 12 Prozent erhöhen. Die Ergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201600046).
Photosynthese als Vorbild der Photovoltaik
Dass Rosenblätter als Vorbild für Solarzellen dienen, ist gar nicht so überraschend. Denn die Photovoltaik folgt im Grunde dem Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Licht wird absorbiert und in eine andere Energieform umgewandelt. Und da sich mit dem Sonnenstand ständig der Einfallswinkel des Lichts ändert, braucht es eine Struktur, die das Licht sozusagen aus verschiedenen Einfallswinkeln einfangen kann. Pflanzen beherrschen das durch ihre Oberflächenstruktur in Perfektion. Da liegt es nahe, sich bestimmte Eigenschaften bei ihnen abzuschauen.
Antireflexwirkung der Rosenblätter sorgt für höhere Energieausbeute in der Solarzelle
Wissenschaftler des KIT bildeten die Struktur pflanzlichen Oberflächengewebes in einer transparenten Schicht nach und integrierten diese in die Vorderseite von Solarzellen. Nach vorherigen Untersuchungen eignete sich dabei das Vorbild von Rosenblättern besonders durch deren hohe Antireflexwirkung. Diese sorgt bei der Rose für starke Farbkontraste, die Insekten anziehen und so zur Bestäubung beitragen.
Die dicht gedrängten, gerippten Mikrostrukturen, die eine gewisse Unordnung aufweisen, integrierten die Wissenschaftler schließlich in eine organische Solarzelle. So erreichten sie eine relative Energieumwandlungseffizienz von mindestens 12 Prozent. Die Antireflexwirkung hält die Oberflächenreflexion unter 5 Prozent, selbst bei einem Einfallswinkel von fast 80 Grad. Zudem wirken die nachgebildeten Zellen wie Mikrolinsen, die den Weg des Lichts in der Zelle verlängert und die Wahrscheinlichkeit der Lichtabsorbtion durch das Material erhöht.
Weitere Untersuchungen der Methode mit anderen Pflanzenarten und Photovoltaiktechnologien stehen aus. Man wird auch die Rolle von Unordnung in photonischen Strukturen näher ergründen und die Ergebnisse in die Solarzellen der Zukunft fließen lassen.
Publikation: Ruben Hünig, Adrian Mertens, Moritz Stephan, Alexander Schulz, Benjamin Richter, Michael Hetterich, Michael Powalla, Uli Lemmer, Alexander Colsmann, and Guillaume Gomard: Flower Power: Exploiting Plants’ Epidermal Structures for Enhanced Light Harvesting in Thin-Film Solar Cells. Advanced Optical Materials, 2016. DOI: 10.1002/adom.201600046
