Leistungsfähige Elektroden aus Laubblättern - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

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21.07.2020

Leistungsfähige Elektroden aus Laubblättern

Kurz & Knapp
  • Aus Laubblättern hat ein Team des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien leistungsfähige Elektroden, also elektrisch leitende Bauteile, konstruiert.
  • Die Blattelektroden weisen eine hohe Leistungsdichte auf, leiten ultraviolettes und infrarotes Licht und sind vergleichsweise robust.
  • Mögliche Anwendungsfelder der transparenten Blattelektroden sind vor allem Dünnschicht-Solarzellen, aber auch Displays. Selbst neuartige Kondensatoren und Batterien sind denkbar..

Neue Möglichkeiten für Solarzellen und LEDs

Vom Blattgrün befreit lässt sich das Blattader-System der Purpurmagnolie mit Kupfer beschichten. So entsteht eine transparente Dünnschichtelektrode, die  im Vergleich zu ihren herkömmlichen Pendants Ressourcen spart und mit besseren Leistungen und eine größerer Ausfallsicherheit punktet.

Ein Forschungsteam des Jenaer Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) hat eine neuartige Elektrode, also einen elektrischen Leiter, entwickelt und als Grundlage ein Magnolienblatt verwendet. „Wir haben uns von dem perfekt ausgeklügelten System der Natur inspirieren lassen und aus den Blattadern von Laubblättern Elektroden mit einer hohen Leistungsdichte und geringem Materialverbrauch konstruiert“, berichtet Guobin Jia vom Leibniz-IPHT.

Pflanzen erzeugen aus Sonnenlicht chemische Energie. Die damit hergestellten Nährstoffe transportieren die Blattadern in alle Zellen. „Damit haben sie viel gemein mit den Elektroden in Solarzellen, Batterien oder LEDs, die elektrischen Strom oder Signale sammeln oder verteilen“, erläutert Jonathan Plentz vom Leibniz-IPHT.

90 Prozent Silber eingespart

Das Forscherteam hat das Blattgrün von Blättern der Purpurmagnolie entfernt und deren Blattadern mit Kupfer metallisiert, sodass elektrischer Strom hindurchfließen kann. „Die verzweigte Struktur der Blattadern ist für den Transport optimal konstruiert“, erläutert Plentz. Im Gegensatz dazu erfordere die kammartige Geometrie der Elektroden auf gängigen Solarzellen eine gleichmäßige und in den Randbereichen unnötig dicke Silberschicht. Als Hochleistungselektrode in Solarzellen könnte auf diese Weise gegenüber der etablierten Methode nur ein Zehntel des dabei eingesetzten Silbers benötigt werden.

Bessere elektrische Leistungsfähigkeit

Darüber hinaus zeichnen sich die Blattelektroden durch eine elektrische Leistungsfähigkeit aus, die deutlich über der von etablierten Indiumzinnoxid-Dünnschichten liegt. Das macht einen Einsatz als transparente Elektroden in Touchscreens oder Dünnschicht-Solarzellen interessant. Nicht zuletzt sind die Blattelektroden ihren herkömmlichen Pendants bei der optischen Transmission im Bereich des ultravioletten und des infraroten Lichts überlegen.

Strukturell sind Blattelektroden ebenfalls im Vorteil: Sind Teile von ihnen beschädigt, bleiben sie weiterhin funktionsfähig, wohingegen Brüche in Solarzellen bislang zu einem deutlichen Leistungsabfall führen. Und die Ideen des Forschungsteams gehen noch weiter: Sogar neuartige Batterien oder Superkondensatoren seien mittels Blattelektroden denkbar.