Transparente Elektroden vom Baum

Blätter sollen zukünftig für bessere und billigere Solarzellen, LEDs oder Displays sorgen. Dazu verwandeln Forscher die Blattadern in Elektroden mit hervorragenden optischen und elektronischen Eigenschaften.

Die Natur hat es Wissenschaftlern, Ingenieuren oder Architekten schon immer angetan. Bereits 1505 analysierte Leonardo da Vinci den Vogelflug und versuchte, seine Erkenntnisse auf Flugmaschinen zu übertragen. Aber erst in den letzten Jahrzehnten konnte sich die Bionik als Wissenschaftsdisziplin etablierten.

Jüngst haben sich „Naturbeobachter“ vom Leibniz-IPHT vom perfekt ausgeklügelten Pflanzenorganismus inspirieren lassen und aus Blattadern Elektroden mit einer hohen Leistungsdichte und geringem Materialverbrauch entwickelt.

Elektroden vom Magnolien-Baum

Pflanzenblätter wandeln wie photochemische Fabriken Wasser und CO2 durch Photosynthese in Kohlenhydrate und Sauerstoff um. Ein Netz aus Blattadern versorgt dabei die Blattzellen mit Wasser sowie Nährstoffen und befördert die in der Photosynthese hergestellten Kohlenhydrate in andere Teile der Pflanze.

Dieses effiziente Transportnetz machen sich nun die Forschenden vom IPHT für den Transport von elektrischem Strom zunutze. Sie lösten das Blattgrün von den Blättern der Purpur-Magnolie (Magnolia liliiflora), metallisierten die Adern mit Kupfer und ließen elektrischen Strom hindurchfließen. So wurden aus den Blattskeletten transparente, leitfähige Elektroden, denn das Adergeflecht lässt immer noch Licht durch.

Ihr Schichtwiderstand ist um zwei Größenordnungen niedriger als in gängigen ITO-Dünnschichten (Indiumzinnoxid) von Touchscreens oder Dünnschicht-Solarzellen. Und gleichzeitig „überleben“ sie Stromdichten von bis zu 6.000 Ampere pro Quadratzentimeter. Auch bei der optischen Transmission im UV- und Infrarot-Bereich zeigten sich die Blatt-Elektroden überlegen.

Die Vorteile der „Bio-Lösung“ liegen auf der Hand: Elektroden aus Laubblättern benötigen wesentlich weniger Material, denn der Kupferverbrauch für die Metallisierung ist sehr gering. Und durch die überlegenen, venenähnlichen Strukturen von Laubblättern würde auch der Silber-Verbrauch für die Massenproduktion von Solarzellen auf weniger als ein Zehntel des derzeitigen Niveaus sinken. Darüber hinaus eröffnen die elektrisch leitfähigen und optisch transparenten „Blattader-Elektroden“ neue Möglichkeiten für den Bau von Batterien und Superkondesatoren sowie für das Design neuartiger LEDs oder Displays.