I fili metallici di dimensioni nanometriche stanno attirando una crescente attenzione come elementi conduttivi per la produzione di elettrodi trasparenti, che sono impiegati nelle celle solari e nei pannelli touch screen. Oltre all'elevata conducibilità elettrica, l'eccellente trasmittanza ottica è uno dei parametri importanti per un elettrodo nelle applicazioni fotovoltaiche.

Un team internazionale guidato dallo scienziato dell'HZB, il prof. Michael Giersig, ha recentemente dimostrato per queste applicazioni che le reti di maglie metalliche che possiedono nano-caratteristiche frattali superano in utilità altre reti metalliche. Questi risultati sono stati ora pubblicati nell'ultima edizione della rinomata rivista Comunicazioni sulla natura .

Il loro nuovo sviluppo si basa su quelle che vengono chiamate nano-caratteristiche quasi-frattali. Queste strutture hanno somiglianze con le reti gerarchiche di vene nelle foglie. Il team di Giersig è stato in grado di dimostrare che le reti metalliche con queste caratteristiche ottimizzano le prestazioni degli elettrodi per diverse applicazioni. Combinano una copertura superficiale ridotta al minimo con una resistenza totale estremamente bassa pur mantenendo una densità di corrente uniforme. Inoltre, è stato dimostrato che queste reti, ispirato dalla natura, può superare le prestazioni dei tradizionali strati di ossido di indio e stagno (ITO). In esperimenti su reti di elettrodi costruite artificialmente di diverse topologie, gli scienziati hanno stabilito che l'organizzazione gerarchica non periodica mostra una resistenza inferiore e un'eccellente trasmittanza ottica rispetto all'organizzazione periodica. Ciò ha portato a un'elevata potenza di uscita per i componenti fotovoltaici.

"Sulla base dei nostri studi, siamo stati in grado di sviluppare un elettrodo di metallo trasparente economico", dice Giersig, continuando "Lo otteniamo integrando due reti d'argento. Una rete d'argento viene applicata con un'ampia spaziatura a maglie tra i conduttori principali di micron di diametro che fungono da "autostrada" per gli elettroni che trasportano la corrente elettrica su distanze macroscopiche". Vicino a esso, reti di nanocavi distribuite casualmente fungono da conduttori locali per coprire la superficie tra gli elementi a maglie larghe. "Queste reti più piccole fungono da strade regionali accanto alle autostrade per randomizzare le direzioni e le forze delle correnti locali, e anche creare effetti di rifrazione per migliorare la trasparenza superiore a quella delle classiche prestazioni limitate con ombre", secondo Giersig. "Le celle solari basate su questi elettrodi mostrano un'eccezionale e alta efficienza".