Schmetterlingsflügel als Inspiration für effektivere Sonnenkollektoren

Die Strukturfarbe der Schmetterlingsflügel entsteht in erster Linie durch Beugung des natürlichen Lichts. Bei schwarzer Farbe jedoch wird das Sonnenlicht in den Flügelschuppen eingefangen, wie die Wissenschaftler der finnischen Universität Oulu nun in ihrer Veröffentlichung „Antireflective design of Si-based photovoltaics via biomimicking structures on black butterfly scales“ berichten. Dabei zeigt sich, dass bei einigen Fällen durch die Licht-Wärme-Umwandlung in den schwarzen Flügelschuppen der Schmetterlinge eine rasche Enteisung stattfindet. Diesen Prozess haben sich die Wissenschaftler näher angeschaut und dafür die Nanostrukturen schwarzer Schuppen von verschiedenen Schmetterlingen untersucht. Dabei zeigte sich, dass selbst gleich erscheinende dunkle Farbnuancen unterschiedliche Nanostrukturen aufweisen, die das Licht unterschiedlich reflektieren.

Anschließend haben Forscher ihre Ergebnisse auf die Lichtabsorptionsfähigkeiten bei der Platzierung auf kristallinen Solarmodulen bewertet. Die Verwendung der erforschten Strukturen als Antireflexmuster soll zu einer verbesserten Nutzung des Sonnenlichtes bei siliziumbasierten Solarmodulen beitragen. Computersimulationen ergaben eine erhebliche Abnahme der Rückstreuung an der Oberfläche nach Platzierung dieser Nanostrukturen auf den Solarmodulen.

Die Schuppenstruktur des Ornithoptera priamus zeigte nach Angaben der finnischen Wissenschaftler die besten Antireflexeigenschaften. Die Lichtreflexion verringerte sich von mehr als 35 Prozent auf dem reinen Siliziummodul auf weniger als 5 Prozent. Daraus resultiere, dass sich der Kurzschlussstrom erhöhte und die Leistung, die aus den Zellen gewonnen werden kann, um bis 66 Prozent stieg. Die Forscher um Wei Cao und Marko Huttula haben auch bereits Vorschläge zu ersten Umsetzungen ihrer Erkenntnisse gemacht.

• University of Oulu: Solar Energy Harvesting Through Biomimicking the Wings of a Butterfly
• University of Oulu: Butterfly Wings As Inspiration for More Effective Solar Panels | Very effective nanostructures biomimicked from black scales of butterflies can be used for antireflective coating on solar panels. A new study offers a unique route to enhance light harvesting efficiency occurring in manmade solar cells.