Les fils métalliques de taille nanométrique attirent de plus en plus l'attention en tant qu'éléments conducteurs pour la fabrication d'électrodes transparentes, qui sont utilisés dans les cellules solaires et les panneaux à écran tactile. En plus d'une conductivité électrique élevée, une excellente transmittance optique est l'un des paramètres importants pour une électrode dans les applications photovoltaïques.

Une équipe internationale dirigée par le scientifique du HZB, le professeur Michael Giersig, a récemment démontré pour ces applications que les réseaux de mailles métalliques possédant des nano-caractéristiques de type fractal surpassent d'autres réseaux métalliques en termes d'utilité. Ces résultats ont maintenant été publiés dans l'édition la plus récente de la célèbre revue Communication Nature .

Leur nouveau développement est basé sur ce que l'on appelle les nano-caractéristiques quasi-fractales. Ces structures ont des similitudes avec les réseaux hiérarchiques de nervures dans les feuilles. L'équipe de Giersig a pu montrer que les réseaux métalliques dotés de ces caractéristiques optimisent les performances des électrodes pour plusieurs applications. Ils combinent une couverture de surface minimisée avec une résistance totale ultra-faible tout en maintenant une densité de courant uniforme. En outre, il a été démontré que ces réseaux, inspiré par la nature, peut surpasser les performances des couches d'oxyde d'indium-étain (ITO) conventionnelles. Dans des expériences sur des réseaux d'électrodes artificiellement construits de différentes topologies, les scientifiques ont établi que l'organisation hiérarchique non périodique présentait une résistance inférieure ainsi qu'une excellente transmittance optique par rapport à l'organisation périodique. Cela a conduit à une puissance de sortie élevée pour les composants photovoltaïques.

« Sur la base de nos études, nous avons pu développer une électrode métallique transparente économique", dit Giersig, poursuivant « Nous obtenons cela en intégrant deux réseaux d'argent. Un réseau d'argent est appliqué avec un large espacement de maille entre les conducteurs principaux de diamètre micron qui servent de « route » pour les électrons transportant le courant électrique sur des distances macroscopiques. » À côté de cela, des réseaux de nano-fils supplémentaires distribués de manière aléatoire servent de conducteurs locaux pour couvrir la surface entre les éléments de grande maille. "Ces réseaux plus petits agissent comme des routes régionales à côté des autoroutes pour randomiser les directions et les forces des courants locaux, et également créer des effets de réfraction pour améliorer la transparence au-dessus de celle des performances classiques à ombre limitée", selon Giersig. "Les cellules solaires basées sur ces électrodes montrent une efficacité exceptionnelle".