Forscher bauen Lichtfalle für mehr Solarstrom, Linsen und Spiegel hindern Strahl am Entkommen, Reflexionen durch Welleninterferenz gelöscht

Forscher bauen Lichtfalle für mehr Solarstrom, Linsen und Spiegel hindern Strahl am Entkommen, Reflexionen durch Welleninterferenz gelöscht

Wien, Jerusalem, 25. August 2022

Ein ganz besonderer Lichtstrahl hindert sich selbst daran, einen Raum, den er »betreten« hat, wieder zu verlassen. Die perfekte #Lichtfalle haben Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) und der Hebräischen #Universität Jerusalem entwickelt. Die Falle kann eine ganz entscheidende Rolle bei der künftigen Versorgung der Welt mit elektrischer #Energie spielen.

Dünne Schichten stellen sich quer

Egal ob bei der #Fotosynthese oder in einer #Photovoltaik Anlage: Wer #Licht effizient nutzen will, muss es möglichst vollständig absorbieren. Schwierig ist das aber, wenn die Absorption in einer dünnen Materialschicht stattfinden soll, die normalerweise einen Großteil des Lichts durchlässt. Das Problem haben die Forscher in Österreich und Israel gelöst, indem sie rund um eine dünne Schicht, in der das Licht einfangen werden soll, Spiegel und Linsen angeordnet haben, die den Lichtstrahl im Kreis lenken. Am Ende überlagert er sich mit sich selbst, und zwar so, dass er sich selbst blockiert und das System nicht mehr verlassen kann.

Somit bleibt dem Licht nichts anderes übrig, als sich von der dünnen Schicht absorbieren zu lassen - einen anderen Ausweg gibt es nicht. Diese Absorptions Verstärker Methode, die nun im Fachjournal »Science« präsentiert wurde, ist das Resultat einer erfolgreichen Zusammenarbeit zweier Teams: Die Idee wurde von Physikprofessor Ori Katz von der Hebräischen Universität Jerusalem vorgeschlagen und mit Stefan Rotter von der TU Wien entwickelt. Das Experimentierfeld war in Jerusalem, die theoretischen Berechnungen kamen aus Wien.

Weitere Forschungsarbeit erforderlich

»Licht zu absorbieren ist einfach, wenn es auf ein massives Objekt trifft, etwa einen dicken schwarzen Wollpullover. Aber bei vielen technischen Anwendungen hat man nur eine dünne Materialschicht zur Verfügung und möchte, dass das Licht genau in dieser Schicht absorbiert wird«, so Rotter. Bisher gab es Versuche, die Absorption von Materialien zu verbessern: So wurde das Material etwa zwischen zwei Spiegeln platziert. Das Licht wird zwischen den beiden Spiegeln hin und her geworfen, durchquert dabei jedes Mal das Material und hat somit eine größere Chance, absorbiert zu werden.

Allerdings dürfen die Spiegel bei dem Verfahren nicht perfekt sein – einer von ihnen muss teilweise durchlässig sein, sonst kann das Licht gar nicht in den Bereich zwischen den beiden Spiegeln eindringen. Das bedeutet aber auch, dass immer, wenn das Licht auf diesen teildurchlässigen Spiegel trifft, ein Teil davon verlorengeht. Um genau das zu verhindern, nutzen die Forscher die Welleneigenschaften des Lichts. »Durch unsere Methode können wir alle #Reflexionen durch Welleninterferenz auslöschen«, sagt Katz. Um die Lichtfalle praktisch nutzen zu können, etwa um #Solarstrom mit höherer Effektivität zu erzeugen, sei allerdings noch Forschungsarbeit und Entwicklungsarbeit nötig.