Von der Natur lernen: Eine Schmetterlingsart sorgt für besonders effiziente Solarzellen

Die Schmetterlingsart „Pachliopta aristolchiae“ trägt in Deutschland den Namen „Gewöhnliche Rose“. Sein Aussehen ist allerdings eher ungewöhnlich: Er ist an Flügeln und Körper pechschwarz. Die Natur hat sich dabei natürlich auch etwas gedacht. Denn der Schmetterling kann auf diese Weise das Sonnenlicht besonders gut absorbieren – und reguliert so seine Körpertemperatur. Lange rätselten die Forscher, was – neben der schwarzen Farbe – für die besondere Fähigkeit der Schmetterlinge verantwortlich ist. Doch inzwischen konnte in dieser Frage ein Durchbruch erzielt werden: Der Clou sind unregelmäßig angeordnete kleine Löcher mit einem Durchmesser von 300 Nanometern. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie hatten nun die Idee, diese besondere Struktur auf Dünnschicht-Solarzellen aus amorphen Silizium zu übertragen.

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Computersimulationen haben das Resultat der Natur bestätigt

Diese haben grundsätzlich den Vorteil, dass sie weniger Material verbrauchen als die klassischen Solarzellen aus kristallinem Silizium – was für niedrige Produktionskosten und eine bessere Umweltbilanz sorgt. Bisher allerdings lag der Wirkungsgrad bei gerade einmal zehn Prozent, was in der Regel deutlich zu wenig ist, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Die Karlsruher Wissenschaftler nutzten daher Computersimulationen, um herauszufinden, bei welchem Lochmuster am wenigsten Licht reflektiert wird. Das Ergebnis: Die Natur hat bei der „Gewöhnlichen Rose“ schon erstklassige Arbeit geleistet. Struktur und Durchmesser der Löcher entsprechen dem Idealzustand. Diese Erkenntnis wurde dann durch praktische Experimente verifiziert.

Bei diffusen Lichtverhältnissen ist die Steigerung am größten

So konnten die Forscher eine dünne Siliziumplatte aus amorphen Silizium herstellen, deren Wirkungsgrad durch die winzigen Löcher um einhundert Prozent gesteigert wurde – zumindest so lange es sich um senkrechten Lichteinfall handelte. Bei schrägen Lichteinfall lag die Leistungssteigerung sogar bei rund zweihundert Prozent. Dies ist insbesondere in Europa von enormer Bedeutung, weil die Solarmodule hierzulande die meiste Zeit des Jahres mit diffusen Lichtverhältnissen arbeiten müssen. Bisher allerdings handelt es sich lediglich um Ergebnisse aus dem Labor. Nun wollen die Forscher das Verfahren auch beim Bau einer funktionierenden Siliziumzelle demonstrieren. Langfristig könnte daraus dann ein marktfähiges Modell werden.

Via: Frankfurter Allgemeine Zeitung