Bionische Elektroden Forscher entwickeln Elektroden aus Laubblättern

Forscher des Leibniz-IPHT haben aus Laubblättern Elektroden hergestellt, die über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügen und wenig Material verbrauchen. Denkbar wäre der Einsatz in Solarzellen, LEDs oder Displays.

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Sie sehen nicht nur ästhetisch aus, sie sind auch leistungsfähig und materialsparend: Forscher des Jenaer Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben Blattadern mit Kupfer beschichtet und sie so in elektrisch leitfähige und optisch transparente Elektroden umgewandelt.

Wie aus Laubblättern Elektroden werden

Die Forschenden haben sich das effiziente Transportnetz der Laubblätter für die Übermittlung von elektrischem Strom zunutze gemacht. Sie lösten das Blattgrün von Blättern der Purpur-Magnolie, metallisierten die Adern mit Kupfer und ließen elektrischen Strom hindurch fließen. Aus den Blattskeletten wurden transparente, leitfähige Elektroden.

Mit einer hohen Leistungsfähigkeit: Der Schichtwiderstand ist um zwei Größenordnungen niedriger — die elektrische Leistungsfähigkeit somit entsprechend besser — als bei gängigen ITO-Dünnschichten (Indiumzinnoxid), die etwa für transparente Elektroden in Touchscreens oder Dünnschicht-Solarzellen verwendet werden. Auch bei der optischen Transmission im UV- und Infrarot-Bereich zeigten sich die Blatt-Elektroden den herkömmlichen gegenüber überlegen, so die Ergebnisse.

Was Laubblätter und Solarzellen gemein haben

Pflanzenblätter haben viel gemein mit Elektroden in Solarzellen oder Batterien, erläutert Dr Jonathan Plentz, der am Leibniz-IPHT die Arbeitsgruppe „Photonische Dünnschichtsysteme“ leitet. Pflanzenblätter verhalten sich wie photochemische Fabriken, die Wasser und CO₂ durch Photosynthese in Kohlenhydrate und Sauerstoff umwandeln.

Solarzellen ahmen dieses Prinzip nach, indem sie Sonnenlicht direkt in Elektrizität umwandeln. Die feinen, netzartig verzweigten Blattadern versorgen die Blattzellen mit Wasser und Nährstoffen und befördern die in der Photosynthese hergestellten Kohlenhydrate in die anderen Teile der Pflanze. Während die Blattadern allerdings auch dann noch funktionsfähig bleiben, wenn Teile von ihnen beschädigt sind, führen bei Solarzellen Brüche zu einer starken Verschlechterung der Leistung.

Vorteile der bionischen Elektroden

Für die Herstellung der Elektroden aus Laubblättern braucht es wesentlich weniger Material, so die Forscher. Auch der Kupferverbrauch für die Metallisierung ist gering. Deshalb sieht der Forscher Plentz in den metallisierten Laubblättern eine Alternative zu herkömmlichen Elektroden in Solarzellen: „Die verzweigte Struktur der Blattadern ist für den Transport optimal konstruiert.“

Im Gegensatz dazu erfordere die kammartige Geometrie der Elektroden auf gängigen Solarzellen eine gleichmäßige und in den Randbereichen unnötig dicke Silberschicht. Würde man die überlegenen, venenähnlichen Strukturen von Laubblättern für Hochleistungselektroden nutzen, schätzt Guobin Jia, Erstautor der Studie, könne man den Silber-Verbrauch für die Massenproduktion von Solarzellen auf weniger als ein Zehntel des derzeitigen Niveaus senken.

Darüber hinaus könnten die elektrisch leitfähigen und optisch transparenten Elektroden aus natürlichen Materialien nach Ansicht des Forscherteams neue Möglichkeiten eröffnen für den Bau von Batterien und Superkondesatoren sowie für das Design neuartiger LEDs oder Displays.

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