Oberflächen für Solarzellen

Die Suche nach einer Lösung zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen führte Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zu den höheren Pflanzen. Photovoltaik ähnelt im Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Lichtenergie wird absorbiert und in eine andere Form von Energie umgewandelt. Dabei hängt die Effizienz entscheidend davon ab, wie gut das Lichtspektrum des Sonnenlichts ausgenutzt werden kann und ob eine hohe Absorptionsleistung auch bei verschiedenen Einfallswinkeln des auftreffenden Lichts erreicht wird. Bei der Photovoltaik ist das Lichtspektrum des Sonnenlichts, das ausgenutzt werden kann, materialabhängig und damit begrenzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten das äußere Abschlussgewebe verschiedener Pflanzen auf ihre optischen Eigenschaften und vor allem auf ihre Antireflexwirkung. Es zeigte sich, dass die Epidermis der Blütenblätter der Rose besondere Antireflexwirkungen mit einem breiten Absorptionsspektrum und hoher Einfallswinkeltoleranz aufweist. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass die Blütenblätter trotz unterschiedlicher Lichtverhältnisse starke Farbkontraste ausbilden und damit die Chance auf Bestäubung erhöhen. Auf der Epidermis wurde ein ungeordnetes Feld dicht gedrängter Mikrostrukturen und anscheinend zufällig platzierter Nanostrukturen entdeckt. Diese Oberflächenstrukturen wurden in einen transparenten Kleber umgesetzt, der nach der Aushärtung durch UV-Licht in eine organische Solarzelle integriert wurde.

Durch die Integration der Oberflächenstrukturen erhöhte sich der Wirkungsgrad bei senkrechtem Lichteinfall um 12 Prozent (relative Steigerung). Bei sehr flachen Einfallswinkeln fiel die Effizienzsteigerung noch höher aus. Die Forscher führen die Steigerung vor allem auf die hervorragende richtungsunabhängige Antireflexwirkung der nachgebildeten Epidermis zurück. Aus den Ergebnissen kann eine Rohstoffeinsparung in der Nutzungsphase abgeleitet werden, da mit weniger Solarzellen ein vergleichbarer Energieertrag erzielt werden kann. Weiterhin leistet die Wirkungsgradsteigerung einen Beitrag zur effizienten Energieerzeugung.