Künstliches Mottenauge als Lichtfänger
Rasterelektronenmikroskopie der Oberfläche vor der Pyrolyse (a) und nach der Pyrolyse (b und c). © EMPA
Forscher der EMPA bei Zürich und der Universität Basel haben an BESSY II eine photoelektrochemische Zelle untersucht, deren Oberfläche ähnlich wie ein Mottenauge strukturiert ist. So fängt sie deutlich mehr Licht ein, was Ausbeute an gewonnenem Wasserstoff erhöht. Für die Strukturierung verwendeten sie preiswerte Materialien wie Wolframoxid und Rost.
Die EMPA-Forscher Florent Boudoire und Artur Braun haben eine spezielle Mikrostruktur auf der Photoelektrode aufgebracht, die aus winzigen Partikeln von Wolframoxid besteht. Die gelben Kügelchen werden auf einer Elektrode aufgetragen und dann mit einer hauchdünnen Schicht Eisenoxid überzogen. Fällt Licht auf die Partikel, wird es mehrfach hin und her reflektiert, bis es absorbiert ist, und die gesamte Energie für die Spaltung von Wassermolekülen zur Verfügung steht.
Im Grunde funktioniere die neu erdachte Mikrostruktur wie das Auge einer Motte, erklärt Florent Boudoire: Die Augen von Nachtfaltern müssen viel Licht einsammeln – und dürfen so wenig wie möglich reflektieren, sonst wird der Falter entdeckt und gefressen. Die Mikrostruktur dieser Augen ist speziell auf die Wellenlänge des Lichts angepasst. Die Forscher sind in der Lage, die Prozessparameter für die Filmbildung so einzustellen, dass die optischen Eigenschaften der Struktur auf das Sonnenspektrum abgestimmt sind.
Das Forschungsteam aus der Schweiz hat am Röntgenmikroskop von BESSY II untersucht, welche chemischen Prozesse im Detail bei der Elektrodenherstellung nötig sind.
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