Metalltrådar i nanostorlek lockar allt större uppmärksamhet som ledande element för tillverkning av transparenta elektroder, som används i solceller och pekskärmspaneler. Förutom hög elektrisk ledningsförmåga, utmärkt optisk transmittans är en av de viktiga parametrarna för en elektrod i fotovoltaiska tillämpningar.

Ett internationellt team under ledning av HZB-forskaren Prof. Michael Giersig har nyligen visat för dessa applikationer att nätverk av metalliskt nät som har fraktalliknande nanoegenskaper överträffar andra metalliska nätverk i användbarhet. Dessa fynd har nu publicerats i den senaste upplagan av den berömda tidskriften Naturkommunikation .

Deras nya utveckling är baserad på vad som kallas quasi-fractal nano-features. Dessa strukturer har likheter med de hierarkiska nätverken av vener i blad. Giersigs team kunde visa att metalliska nätverk med dessa funktioner optimerar elektrodernas prestanda för flera applikationer. De kombinerar minimerad yttäckning med ultralågt totalt motstånd samtidigt som de bibehåller enhetlig strömtäthet. Dessutom, det visades att dessa nätverk, inspirerad av naturen, kan överträffa prestandan hos konventionella indiumtennoxidskikt (ITO). I experiment på artificiellt konstruerade elektrodnätverk av olika topologier, forskarna fastställde att icke-periodisk hierarkisk organisation uppvisade lägre motstånd såväl som utmärkt optisk transmittans jämfört med periodisk organisation. Detta ledde till förhöjd uteffekt för solcellskomponenter.

"På grundval av våra studier, vi kunde utveckla en ekonomisk transparent metallelektrod", säger Giersig, fortsätter "Vi får detta genom att integrera två silvernätverk. Ett silvernätverk appliceras med ett brett maskavstånd mellan huvudledarna med mikrondiameter som fungerar som "motorvägen" för elektroner som transporterar elektrisk ström över makroskopiska avstånd." Bredvid den, ytterligare slumpmässigt fördelade nanotrådsnätverk fungerar som lokala ledare för att täcka ytan mellan de stora meshelementen. "Dessa mindre nätverk fungerar som regionala vägar bredvid motorvägarna för att randomisera riktningarna och styrkorna hos de lokala strömmarna, och även skapa refraktionseffekter för att förbättra transparensen utöver den för klassiska skuggbegränsade prestanda", enligt Giersig. "Solceller baserade på dessa elektroder visar exceptionellt hög effektivitet".