Forscher entwickeln Nanogras-Glas für höhere Effizienz von Solarmodulen

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Forscher der US-Universität von Pittsburgh haben mit nanoskaligen grasähnlichen Strukturen ein Glas hergestellt, das trotz oder gerade wegen großer Trübung große Mengen Licht durchlässt. Wie das Wissenschaftsportal „The Optical Society“ berichtet, ist dies das erste Glas mit so starker Trübung und Lichtdurchlässigkeit zugleich. Demnach lag die Lichtdurchlässigkeit bei 95 Prozent einer gleichzeitigen Trübung auf ähnlichem Level.

Diese Kombination von Eigenschaften könnte demnach dazu beitragen, die Leistung von Solarzellen und LEDs zu steigern. Die Forscher experimentierten mit Glas, das Nanogras-Strukturen mit Blättern von 0,8 bis 8,5 Mikrometern Höhe und einem jeweiligen Durchmesser von einigen hundert Nanometern hatte. Das Forscherteam entwickelte das neue Glas, um die Lichtaufnahmefähigkeit von Solarzellen zu verbessern, wie es weiter hieß. Dabei sollen die Nanostrukturen verhindern, dass Licht von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird. Stattdessen treffe trotz der Trübung mehr gestreutes Licht auf das Halbleitermaterial in der Solarzelle und wird dort in Strom umgewandelt.

Für optimale Ergebnisse käme es dabei auf die richtige Grashöhe an. Die Forscher fanden heraus, dass kürzeres Nanogras die Antireflexionseigenschaften verbessert, längeres neige wiederum dazu, die Trübung zu erhöhen. Glas mit 4,5 Mikrometer hohem Nanogras zeige eine schöne Ausgewogenheit von 95,6 Prozent Durchlässigkeit und 96,2 Prozent Trübung bei Licht mit einer 550-Nanometer-Wellenlänge (gelbes Licht, eine Komponente des Sonnenlichts).

Obwohl die Forscher die genauen Kosten für die Herstellung des neuen Glases erst noch ermitteln müssen, seien diese wohl als niedrig einzuschätzen. Die Nanostrukturen werden den Forschern zufolge durch sogenanntes reaktives Ionenätzen in das Glas geätzt – eine skalierbare und einfache Methode, wie sie bei Leiterplatten längst verwendet wird.

Das Glas weist laut Bericht aber noch eine weitere Qualität auf: Im Wasser schaltet es von trüb auf klar. Mit der Technik ließe sich zum Beispiel die Privatsphäre eines Raumes kontrollieren. Die Entdeckung dieser Schaltbarkeit sei indes ein Zufall gewesen. Projektleiter Sajad Haghanifar bemerkte diese Eigenschaft beim Reinigen des Glases. Die Erklärung ist einfach: „Das Wasser fließt zwischen die extrem hydrophilen – wasserliebenden – Nanostrukturen, so dass das Nanogras-Glas wie ein flaches Substrat wirkt.“ Da Wasser einen sehr ähnlichen Brechungsindex wie das Glas habe, gehe das Licht gerade hindurch. Ohne Wasser treffe das Licht wiederum auf die streuenden Nanostrukturen.

Die Wissenschaftler wollten jetzt noch das innovative Glas auf seine Haltbarkeit und auf selbstreinigenden Eigenschaften testen – was am Ende ebenfalls der Effizienz von Solarmodulen zugute käme.