Metaaldraden van nanoformaat trekken steeds meer aandacht als geleidende elementen voor het vervaardigen van transparante elektroden, die worden gebruikt in zonnecellen en touchscreenpanelen. Naast een hoge elektrische geleidbaarheid, uitstekende optische transmissie is een van de belangrijke parameters voor een elektrode in fotovoltaïsche toepassingen.

Een internationaal team onder leiding van HZB-wetenschapper prof. Michael Giersig heeft onlangs voor deze toepassingen aangetoond dat netwerken van metalen gaas met fractal-achtige nano-kenmerken andere metalen netwerken in bruikbaarheid overtreffen. Deze bevindingen zijn nu gepubliceerd in de meest recente editie van het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie .

Hun nieuwe ontwikkeling is gebaseerd op zogenaamde quasi-fractale nanofuncties. Deze structuren vertonen overeenkomsten met de hiërarchische netwerken van nerven in bladeren. Het team van Giersig kon aantonen dat metalen netwerken met deze eigenschappen de prestaties van elektroden voor verschillende toepassingen optimaliseren. Ze combineren een minimale oppervlaktedekking met een ultralage totale weerstand met behoud van een uniforme stroomdichtheid. In aanvulling, werd aangetoond dat deze netwerken, geïnspireerd door de natuur, kan de prestaties van conventionele indiumtinoxide (ITO) lagen overtreffen. In experimenten op kunstmatig geconstrueerde elektrodenetwerken van verschillende topologieën, de wetenschappers stelden vast dat niet-periodieke hiërarchische organisatie een lagere weerstand en een uitstekende optische transmissie vertoonde in vergelijking met periodieke organisatie. Dit leidde tot een verhoogd uitgangsvermogen voor fotovoltaïsche componenten.

"Op basis van onze studies hebben we een voordelige transparante metalen elektrode kunnen ontwikkelen", zegt Giersig, vervolg "We verkrijgen dit door twee zilveren netwerken te integreren. Eén zilveren netwerk wordt toegepast met een brede maaswijdte tussen de hoofdgeleiders met een diameter van micron die dienen als de "snelweg" voor elektronen die elektrische stroom over macroscopische afstanden transporteren." Ernaast, extra willekeurig verdeelde nanodraadnetwerken dienen als lokale geleiders om het oppervlak tussen de grote maaselementen te bedekken. "Deze kleinere netwerken fungeren als regionale wegen naast de snelwegen om de richtingen en sterktes van de lokale stromingen willekeurig te maken, en creëer ook brekingseffecten om de transparantie te verbeteren boven die van klassieke schaduwbeperkte prestaties", volgens Giersig. "Zonnecellen op basis van deze elektroden vertonen een uitzonderlijk hoog rendement".