Eine Studie von Wissenschaftlern am Brookhaven National Laboratory des US-Energiedepartments zeigt, dass die Verwendung einer Nanotextur als Überzug auf einem Silizium-Material eine Reflexion an der Oberfläche verhindern kann. Diese Beschichtung eignet sich ebenso gut für Dünnschichtzellen. Dadurch dass die Abstrahlung eines großen Teils des Sonnenlichts verhindert wird, lässt sich mehr Licht in Strom umwandeln.
„Antireflexions-Applikationen verhindern, dass Licht- oder Radiowellen reflektieren und zwischen die Schichten des Materials wandern“, sagt Physiker Charles Black, der die Forschung am Brookhaven Lab‘s Center for Functional Nanomaterials (CFN), einem Wissenschaftsbüro des US-Energieministeriums, geleitet hat. Reflexion zu verhindern bedeute, man müsse einen abrupten Wechsel im Brechungsindex kontrollieren, der dafür sorgt, dass etwa Lichtwellen sich durch das Material ausbreiten. Das passiert dort, wo zwei Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex zusammentreffen, zum Beispiel am Übergang von Luft zu Silizium.
Komplexe Anforderungen
Wenn man einen Bezug mit einem bestimmten Brechungsindex aufträgt, wird der Unterschied zwischen den Materialien abgeschwächt und die Reflexion reduziert. Black erklärt: „Das Problem ist, wenn man solche Überzüge verwendet, würden wir lieber gleich jede Farbe des Lichtspektrums entfernen. Und wir würden das Licht gern verbannen, egal aus welcher Richtung es kommt. Aber jede Farbe des Lichts braucht eigentlich eine andere Antireflexions-Beschichtung. Und jede Beschichtung ist für ein aus einer bestimmten Richtung kommendes Licht optimiert. Dieser Herausforderung begegnete man bisher, indem man multiple Antireflexionsschichten verwendete. Wir waren daran interessiert, eine bessere Lösung zu finden.“ Zur Inspiration haben sich die Wissenschaftler ein Beispiel für Antireflexion in der Natur angesehen – die Augen einer gewöhnlichen Motte. Die Oberflächen ihrer Facettenaugen haben strukturierte Muster aus vielen kleinen Zäpfchen, die kürzer sind als Lichtwellen.
Antireflexions-Beschichtung
Diese strukturierte Oberfläche verbessert die nächtliche Sehfähigkeit der Motte. Darüber hinaus schützt sie das Tier davor zu reflektieren, wenn es angestrahlt wird. Dadurch können ihre Feinde die Motte im Dunkeln nicht sehen.
Die Wissenschaftler haben zunächst die Oberfläche einer Siliziumzelle mit einem Polymermaterial überzogen, das sich Block Copolymer nennt. Dadurch werden Oberflächen in geordnete Schichten von wenigen Nanometern unterteilt. Damit lassen sich aber auch Stäbchen in der Solarzelle formen wie die im Auge der Motte. Dafür setzt man ein Plasma aus reaktivem Gas ein. Das ist eine Technik, die normalerweise bei der Herstellung von Halbleiterelektronik angewendet wird.
Die so entstehende Oberflächen-Nanotextur dient dazu, den Brechungsindex graduell zu verändern. Auf diese Weise werden Reflexionen vieler verschiedener Wellenlängen des Lichts gleichzeitig abgeschaltet – egal woher das Licht auf die Solarzelle fällt. Solarzellen, die auf diese Weise beschichtet sind, schneiden rund 20 Prozent besser ab, was den Ertrag anbelangt als einfach beschichtete Zellen. (Nicole Weinhold)
Dieser Artikel ist in der Printausgabe von ERNEUERBARE ENERGIEN von März 2015 erschienen. Gefällt er Ihnen? Holen Sie sich jetzt ein kostenloses Probeabo unseres Magazins.
