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Schmetterlinge zeigen, wie Solarzellen effizienter werden

| Autor / Redakteur: Valentin Frimmer, dpa / Sebastian Gerstl

Tiere haben über Jahrmillionen sehr spezielle Fähigkeiten erworben. So können bestimmte Schmetterlinge besonders effizient Sonnenlicht absorbieren. Das wollen sich Solarzellen-Forscher zunutze machen.

Die Flügel des Schmetterlings "Gewöhnliche Rose" (Pachliopta aristolochiae) soll als Vorbild für neuartige Solarzellen dienen, die Licht möglichst ideal absorbieren.
Die Flügel des Schmetterlings "Gewöhnliche Rose" (Pachliopta aristolochiae) soll als Vorbild für neuartige Solarzellen dienen, die Licht möglichst ideal absorbieren.
(Bild: Atrophaneura aristolochiae (748456753).jpg / Atrophaneura aristolochiae (748456753).jpg / Dinesh Valke / CC BY-SA 2.0 / BY-SA 2.0)

Inspiriert von schwarzen Schmetterlingen haben Forscher ein besonders effizientes Material für Solarzellen entwickelt. Sie haben sich von dem Falter „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) die Mikrostruktur der Flügel abgeschaut, wie die Forscher um Hendrik Hölscher vom Karlsruher Institut für Technologie im Fachblatt „Science Advances“ schreiben. Sie hoffen, mit ihrer Erfindung eines Tages mehr Strom aus Solarpaneelen gewinnen zu können.

Die Flügel der Schmetterlinge absorbieren einen großen Teil des Sonnenlichts. Deshalb sind sie besonders schwarz. Lange Zeit dachte man den Forschern zufolge, dass das hauptsächlich an bestimmten Farbpigmenten liegt. Doch auch eine sehr spezielle Struktur der Schuppen auf den Flügeln spielt eine große Rolle. „Das macht 30 bis 40 Prozent des Absorptionsvermögens aus“, sagt Hölscher.

Deshalb nahmen die Forscher die Schuppen der Schmetterlinge genauer unter die Lupe. „Wir wollten genau verstehen, worauf es dabei ankommt.“ In den Schuppen sind winzige Löcher, die weniger als einen halben Mikrometer groß sind. Sie geben zum einen Stabilität, zum anderen sorgen sie dafür, dass mehr Licht absorbiert wird: „Sehr einfach gesprochen: Das Licht wird gefangen“, erklärt Hölscher.

Die Flügel der „Gewöhnlichen Rose“ absorbieren Licht fast komplett. Das funktioniert den Forschern zufolge besonders gut, wenn die Löcher zwar zufällig verteilt sind, große und kleine Löcher aber in einem bestimmten Verhältnis zueinander vorliegen.

Die Forscher entwickelten eine Technik, um die besondere Oberfläche der Schmetterlingsflügel mit einem verhältnismäßig einfachen Verfahren aus Silizium nachzubauen. Dadurch konnten sie die Lichtabsorption im Vergleich zu Oberflächen ohne Löcher je nach Wellenlänge um bis zu 200 Prozent steigern. „Herkömmliche Solarzellen haben zwar keine Löcher, nutzen aber andere Tricks, um die Leistung zu verbessern“, sagt Hölscher.

Bei der Photovoltaik wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Dabei regen Photonen des einfallenden Sonnenlichts ein Elektron in dem Solarmodul an - es fließt Strom. Je mehr Photonen dabei von einer Solarzelle eingefangen werden, desto mehr Strom kann erzeugt werden.

Wie viel effizienter das neue Material ist, muss sich aber erst noch zeigen. „Im Prinzip funktioniert das Material auf einer Solarzelle. Noch gibt es aber keinen Prototyp, den man der Industrie vorführen könnte“, sagt Hölscher. Im Labor habe das System aber funktioniert.

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