Seeigel in Nanogröße

Bereits 2006 wurde an der TU Ilmenau festgestellt, dass sich durch eine rasenartige Struktur aus Siliziumnadeln mit Dicken zwischen 100-300 Nanometern der Wirkungsgrad von Solarzellen auf bis zu 80% steigern ließe. Man hatte die besondere Fähigkeit von “Siliziumgras” zur Lichtabsorption erstmals 1999 an der Harvard University entdeckt.

Hohle Kügelchen aus Zinkoxid-Nanodrähte

Die Strahlen werden an der rauen Oberflächenstruktur mehrfach hin und her reflektiert und nahezu vollständig absorbiert. Die entwickelte Oberflächenstruktur wurde auch unter dem Namen “Black Silicon” bekannt. Nun arbeiten Wissenschafter an der ETH Zürich an einer anderen Strukturierung zur Optimierung photovoltaischer Systeme.

Mit einem elektrochemischen Verfahren züchten sie igelförmige hohle Kügelchen aus Zinkoxid-Nanodrähten. Ordnet man diese in einer dichten Packung auf einer Trägerschicht an, vergrößert sich die Oberfläche so sehr, dass die Umwandlung von Sonnenstrahlen in elektrischen Strom enorm verbessert wird. Die Forscher verwenden für die Herstellung der Nanoigel Polystyrolkugeln, die in regelmäßigen Mustern auf eine leitfähige Schicht aufgebracht werden. Sie bilden anschließend das Gerüst für die Nanodrähte.

Die elektrolytischen Qualitäten und die Leitfähigkeit der Polystyrolkügelchen werden in einer Form variiert, dass sich durch Ablagerung von Zinkoxid auf der Oberfläche langsam die Nanodrähte bilden. Anschließend entnehmen die Wissenschaftler den Kunststoff. Übrig bleiben sphärische Gebilde mit einer nicht nur im technischen Kontext interessanten optischen Qualität.

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