Graphen: Solarzelle sieht das Licht wie Motten

Motten sehen auch bei wenig Licht noch gut. Englische Forscher haben die Struktur ihres Auges nachgebildet, um effiziente Solarzellen herzustellen. Die sollen auch geringe Mengen Licht aufnehmen und in elektrischen Strom wandeln.

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Solarzelle mit Nanostruktur aus Graphen: Auch ultraviolettes und Infrarotlicht werden absorbiert.
Solarzelle mit Nanostruktur aus Graphen: Auch ultraviolettes und Infrarotlicht werden absorbiert. (Bild: University of Surrey)

Eine Tapete, die auch in einem schummrigen Innenraum noch Licht aufnimmt und es in elektrischen Strom wandelt - das soll eine Entdeckung von Forschern der Universität von Surrey in Guildford, Südostengland, ermöglichen. Sie haben Nanostrukturen aus Graphen erzeugt, die die Lichtabsorption des einlagigen Kohlenstoffs deutlich verbessern.

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Graphen ist zwar sehr stabil und ein guter elektrischer Leiter. Aber das ist normalerweise nicht besonders gut bei der Absorption von Licht. Das Team um José Anguita und Ravi Silva hat ein Nanomuster geschaffen, um die Absorptionseigenschaften des Graphens zu verbessern: Sie haben Graphen auf einer strukturierten Oberfläche auf Metall gezüchtet.

Nanostrukturen leiten Licht

Die Nanostrukturen leiten das Licht in die engen Räume zwischen den Nanostrukturen. Dadurch könne mehr Licht absorbiert werden, sagt José Anguita, Hauptautor des Aufsatzes, der in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen ist. Das durch Nanostrukturierung entstandene Graphen ist in der Lage, 90 Prozent des auftreffenden Lichts zu absorbieren. Normalerweise sind es nur 2,3 Prozent.

Vorbild für die Struktur war das Auge einer Motte, das elektromagnetische Wellen sehr effizient einfängt. "Mottenaugen haben eine mikroskopische Struktur, die es ihnen ermöglicht, selbst bei den schummmrigsten Bedingungen zu sehen. Diese leitet das Licht zur Mitte des Auges und verhindert zudem Reflexionen, die sonst Räuber auf die Motte aufmerksam machen könnten", sagt Silva. "Wir haben die gleiche Technik verwendet und Graphen in ähnlicher Weise strukturiert, um ein erstaunlich dünnes, effizientes, lichtabsorbierendes Material herzustellen."

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Das derart modellierte Graphen nimmt nicht nur Licht im sichtbaren Spektrum auf, sondern auch ultraviolettes und Infrarotlicht. Solarzellen könnten mit diesen Graphen-Strukturen beschichtet werden, um ihre Effizienz zu verbessern. Die Zellen könnten sogar drinnen installiert werden, etwa als smarte Tapete oder als smarte Fenster, und dann Licht oder Wärme in elektrischen Strom wandeln. So könnten eine Reihe von neuartigen Anwendungen, unter anderem Sensoren für das Internet der Dinge, mit Energie versorgt werden, sagt Ravi.

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