Mottenaugen Inspiration für neue Generation von Solarzellen

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Die meisten Mottenaugen bestehen aus benachbarten hexagonalen Sektoren. Jeder Sektor ist mit Tausenden von geordneten Reihen von winzigen Beulen oder nippelartigen Vorsprüngen gefüllt. Obwohl sie so perfekt geformt sind, erscheinen sie fast wie eine Manufaktur, jeder Vorsprung misst weniger als 300 Nanometer oder 300 Milliardstel Meter - eine Größe, die sie für alle bis auf die leistungsstärksten Elektronenmikroskope unsichtbar macht.

Wenn Motten auf Licht treffen, stören diese regelmßigen Anordnungen von Vorsprüngen seine Übertragung und Reflexion, wodurch das Licht fast unsichtbar wird. Biologen glauben, dass diese Eigenschaft in Motten entwickelt wurde, die oft nachtaktiv sind, weil sie verhindern, dass ihre Augen Mond oder Sternenlicht reflektieren, was sie zu leichteren Zielen für Räuber machen würde.

Peng Jiang, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen, lässt sich von den Augen der Motten und der Flügel von Zikaden inspirieren, um ungewöhnliche neue antireflektive und wasserabweisende Beschichtungen zu schaffen - Beschichtungen, die das Potenzial haben, Solarzellen effizienter und effizienter zu machen selbstreinigend. Auch Fenster in Autos und Wohnungen, Computerbildschirme und andere Verbraucherprodukte könnten sich dank der supertransparenten Beschichtungen verbessern.

Jiang sagte, dass Ingenieure versucht haben, die mikroskopische Struktur der Augen unter Verwendung einer Drucktechnik, die Lithographie genannt wird, zu reproduzieren, aber sie ist teuer und schlecht geeignet, um die extrem kleinen Reihen von Vorsprüngen zu erzeugen, die die Mottenaugen so effektiv machen. Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte Jiang eine nicht-lithographische Technik, Spin-Coating genannt. Im Gegensatz zur Lithographie, bei der versucht wird, das nippelartige Muster auf der Zieloberfläche zu entfernen, versucht Spincoating, das Muster von Grund auf auf dem Ziel aufzubauen.

Jiang platziert eine flüssige Suspension von Nanopartikeln auf einem kreisförmigen Siliziumwafer, wie er in Photovoltaikzellen verwendet wird. Ein Motor dreht den Wafer, wobei die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft verteilt wird. Wenn es trocknet, hinterlässt es die bestellten Partikel an Ort und Stelle.

Zikadenflügel sind erstaunlich effektiv bei der schnellen Wasser und Schmutz, offenbar weil die Insekten oft in feuchten Umgebungen fliegen müssen, sagte Jiang. Auf der Partikelebene haben die Flügel eine Struktur, die der der Mottenaugen sehr ähnlich ist - abgesehen davon, dass winzige Lufttaschen um jeden nippelartigen Vorsprung Wassertröpfchen antreiben, anstatt Licht abzulenken.

Jiang fügte hinzu, dass die Beschichtungen die Leistung von normalen Fenstern auf Autos oder Häusern verbessern könnten, die Sichtbarkeit erhöhen und den Reinigungsaufwand verringern würden. Dennoch bleiben zahlreiche Herausforderungen bestehen, einschließlich des Erlernens, wie der Schleuderbeschichtungsprozess "skaliert" werden kann, so dass er für die industrielle Produktion verwendet werden kann, sagte er.

Yadong Yin, ein Chemieassistent an der University of California, Riverside, sagte, Jiangs Forschung sei wichtig, weil sie darauf hindeute, dass es eine kostengünstige Alternative zu aktuellen Antireflex-Produktionstechniken gebe. "Wichtig", sagte er, "die niedrigen Kosten führten in diesem Fall nicht zu einer schlechten Leistung."

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