Schmetterlingsflügel stehen Modell für Solarzellen

Strukturen von Schmetterlingsflügeln geben gute Sonnenkollektoren ab

Bei der Entwicklung neuer Solarzellen haben sich Forscher aus China und Japan von der Natur inspirieren lassen: Vorbild der von ihnen entwickelten Sonnenkollektoren sind die Schuppen von Schmetterlingsflügeln.

Vor einigen Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass die Schuppen auf einem Schmetterlingsflügel effiziente Solarzellen sind. Ein Team von Forschern der Shanghai Jiao Tong Universität in Schanghai und der Universität im japanischen Saga haben sich dieses Prinzip zunutze gemacht, um Sonnenkollektoren für Solarzellen zu entwickeln.

Die Flügel der Schmetterlinge bestehen aus mikroskopisch kleinen Strukturen, die Sonnenlicht absorbieren und die Wärme ableiten. Diese Strukturen müssten auch gute Sonnenkollektoren abgeben, so die Überlegung der Wissenschaftler um Zhang Di. Sie nahmen die Flügel von zwei verschiedenen Schmetterlingen und wandelten diese mit Hilfe chemischer Prozess in Strukturen aus Titandioxid. Die lichtabsorbierenden Strukturen integrierten sie dann als Photoanode in eine sogenannte Grätzel-Zelle.

Das sind Solarzellen, die Licht nicht wie die herkömmlichen Solarzellen durch einen Halbleiter, sondern über einen organischen Farbstoff absorbieren. Dieses Prinzip wurde Anfang der 90er Jahre von dem deutschen Forscher Michael Grätzel entdeckt. Vorteil dieser Grätzel-Zellen ist zum einen ihr relativ hoher Wirkungsgrad von über 10 Prozent. Zum anderen liefern diese Zellen auch schon bei relativ wenig Licht, etwa bei Dämmerung oder in Innenräumen, Strom.

Messungen ergaben, dass die These der Forscher stimmte: Zhang und seine Kollegen konnten im Labor nachweisen, dass die Effizienz einer Zelle mit der von ihnen entwickelten Photoanode höher war, als die von anderen Grätzel-Zellen. Sie führen das auf die bienenwabenartigen Mikrostrukturen zurück, die nur sehr wenig Licht reflektieren. So könne die Effizienz der ganze Zelle gesteigert werden, schreiben sie in einem Aufsatz in der Fachzeitschrift Chemistry of Materials.