Projekt MEEt: Fraunhofer ISE und Institut AMOLF starten Kooperation zu Metamaterialien

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das niederländische Forschungsinstitut AMOLF haben eine strategische Kooperation im Bereich der Metamaterialien für optische Anwendungen gestartet. Im Projekt »Metasurfaces for Energy Efficient Devices« (MEEt) entwickeln die Partner Metamaterialien für Solarzellen, LEDs und optische Sensoren und die Prozessketten für deren Herstellung. Das gemeinsame Projekt läuft über drei Jahre und wird durch das Fraunhofer International Cooperation and Networking (ICON) - Programm gefördert.

Metamaterialien werden seit etwa 15 Jahren erforscht und entwickelt und stehen vor ihrem Durchbruch zum Einsatz in verschiedenen Anwendungsfeldern. Das Besondere an ihnen: durch die Nanostrukturierung ihrer Oberflächen oder die Einbringung von Nanopartikeln erhalten sie neue optische Eigenschaften, die mit normalen Materialien nicht möglich sind. Ein Beispiel ist der negative Brechungsindex: während Wellen beim Eintritt in gewöhnliche Materialien zum Lot hin abgelenkt werden, können sie beim Übergang in ein Metamaterial über das Lot hinaus in die negative Richtung gebrochen werden. So können sie Objekte unsichtbar machen, indem sie eintreffende Wellen um die Objekte herum lenken.

Das niederländische Institut AMOLF ist weltweit führend in der Erforschung der Interaktionen, Eigenschaften und Funktionen von komplexen Molekülen und Materialsystemen, von nanophotonischen Strukturen bis hin zu multizellulären Organismen. Das Institut entwickelt in seinem Forschungsbereich Nanophotovoltaik neue funktionale Materialien für das Lichtmanagement innerhalb von Solarzellen. So kann durch das „Einfangen“ des Lichts innerhalb von Nanostrukturen, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts selbst, die Effizienz der Solarzellen erhöht und damit die Kosten für die Solarstromerzeugung gesenkt werden.

Das Fraunhofer ISE ist das älteste und größte europäische Solar-Forschungsinstitut und blickt auf 40 Jahre Erfahrung in der klassischen Silicium-Photovoltaik sowie neuartigen und höchsteffizienten Photovoltaik-Konzepten zurück. Die Forschenden des Fraunhofer ISE arbeiten auf dem Gebiet der ganzen Solarzelle konnten schon zahlreiche Wirkungsgradrekorde erreichen.

»Das Projekt MEEt bringt die Kompetenzen zweier Institute zusammen, die sich hervorragend ergänzen. Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit, die nicht nur für den Bereich Photovoltaik effizientere Systeme ermöglicht und neue Anwendungen erschließt«, erklärt Dr. Benedikt Bläsi, Gruppenleiter Mikrostrukturierte Oberflächen am Fraunhofer ISE.

Im Forschungsprojekt konzentrieren sich die Partner auf drei Anwendungsfelder: neben der Entwicklung höchsteffizienter Solarzellen sind dies LEDs und optische Sensoren. Bei den LEDs wird z.B. die effiziente und gerichtete Auskopplung des Lichts angestrebt. Die optischen Sensoren sollen sehr energieeffizient und mit wenig Aufwand Rechenoperationen z.B. für die Bilderkennung durchführen können, für die Interferenzeffekte des einfallenden Lichts genutzt werden. Als Basis dienen unterschiedliche Materialien wie Kunststoff-Metall-Kombinationen oder transparente Sol-Gel-Materialien, an deren Oberflächen mittels Nanoimprint-Verfahren Nanostrukturen ausgebildet werden.

Ein weiteres Ziel des Forschungsprojekts ist die Etablierung einer Plattform, um Unternehmen aus anderen Branchen bei der Weiterentwicklung opto-elektronischer Anwendungen wie Displays, VR-Brillen oder Kameras zu unterstützen.

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