Im Blickpunkt

Besser sehen

Werden Menschen mit Augenkrankheiten durch neue Implantate besser sehen können? Und ist es möglich, noch effizientere Solarzellen viel preiswerter herzustellen? Auf jeden Fall. Dessen sind sich die Wissenschaftler des Thüringer Kompetenzdreiecks Optische Mikrosysteme (KD OptiMi) sicher. Gemeinsam mit ihren Gästen trafen sie sich jetzt zu einem Workshop in Auerstedt bei Jena.

Mehr Energie: Durch die Nanostrukturierung der Oberfläche einer Silizium-Solarzelle wird weniger Sonnenlicht reflektiert, der Wirkungsgrad erhöht sich. (Foto: FSU Jena)

Außer einem Museum erinnert hier nichts mehr an das Schlachtfeld, auf dem Napoleon vor über 200 Jahren die preußischen Truppen besiegte. In der friedlichen Idylle des Schlosses von Auerstedt nutzen die rund 50 Wissenschaftler und Unternehmer stattdessen die Gelegenheit über die aktuellen Ergebnisse ihrer Arbeit zu sprechen.

Ein wichtiges Thema sind künstliche Linsen, an deren Entwicklung unter anderem ein Team des Jenaer Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik beteiligt ist. Ihr Forschungsobjekt ist ein Linsen-Implantat, das bei altersbedingten Krankheiten wie Grauem Star oder Retina-Degeneration zu besserem Sehvermögen verhelfen soll. Zwar gibt es solche so genannten intraokularen Implantate bereits, doch sie können sich nicht an nahe oder ferne Objekte anpassen. Die Jenaer arbeiten nun daran, eine aktive Anpassungsoptik zu entwickeln. Dazu muss ein kompliziertes, winzig kleines System in der Linse integriert werden. Dort misst ein Sensor die Pupillenweite und die notwendige Anpassung an die Objekte. Diese Signale werden an die Optik in der Linse weitergegeben, die sich dann an die Entfernung des Objektes anpasst. Energieversorgung und Kommunikation müssen dabei drahtlos verlaufen.

Wichtig ist, dass die Hülle der Linse keine Feuchtigkeit vom Auge durchlässt. Dadurch könnte das sensible optische System gestört werden. Es muss also dicht verpackt sein. Außerdem entwickeln die Wissenschaftler ein spezielles Glas für die Linse. Schließlich soll das Implantat 30 Jahre im Auge funktionieren. Momentan existiert ein Demonstrator der künstlichen Linse im Maßstab 2:1. Bereits in zwei Jahren, am Ende der Laufzeit von KD OptiMi, wollen die Forscher einen Demonstrator im Originalmaßstab zeigen können.

So soll sie aussehen: die künstliche Linse mit dem aktiven optischen System im Kapselsack des Auges. (Grafik: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik, Jena)

Optische Mikrosysteme sind aber auch für die Laserbearbeitung von Materialien von Bedeutung. So entwickeln die OptiMi-Wissenschaftler einen speziellen Spiegel, der den Fokus für einen Lasersucher formt. Dieser Mikrosucher kann die Position eines zu bearbeitenden Werkzeugs jederzeit kontrollieren und sekundenschnell darauf reagieren. Das geschieht über ein System aus mehreren Sensoren, einer Art "optisches GPS". Der Lasersucher hat ein verbessertes Antriebssystem bekommen, das über eine Halbkugel funktioniert. Er kann sich auf diese Weise sehr schnell bewegen: einen Meter pro Sekunde. Der Spiegel kompensiert die Wärmeentwicklung durch die Laserstrahlen mit Hilfe eines speziellen Designs. So verteilen eingebaute Membranen die Wärme. Außerdem sind aktive Kühlkanäle in den Spiegel integriert. Mit Hilfe des optischen Mikrosystems aus Lasersucher und Spiegel können Materialien künftig noch akkurater bearbeitet werden.

Da die Veranstaltung auf Schloss Auerstedt gleichzeitig der Winter-Workshop der Jenaer Graduiertenschule "OMiTec" (Green Photonics and Optical Microsystem Technology) war, saßen viele internationale Nachwuchswissenschaftler im Publikum. Sie erfuhren auch, wie Solarzellen künftig noch effizienter funktionieren und preiswerter hergestellt werden können. Für die Zellen wird meist Silizium verwendet, das jedoch 30 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlen reflektiert. Der Wirkungsgrad wird dadurch verringert. Um dies zu vermeiden, können die Oberflächen der Photovoltaik-Elemente durch ein spezielles Verfahren strukturiert werden. Die Entspiegelung führt dazu, dass fast kein Licht mehr reflektiert wird. Die Oberfläche sieht schwarz aus. Deshalb wird das auf diese Weise strukturierte Silizium "Black Silicon" genannt.

Ein Jenaer Forscherteam kümmert sich im ForMaT-Projekt "Nano-SIS" unter anderem um solche Oberflächenbearbeitungen und die Metallisierung der Solarzellen mit Hilfe digitaler Drucker. Eine Methode, die viel schneller und kostengünstiger ist als herkömmliche Herstellungsweisen. Wie Gastredner und Nano-SIS-Projektleiter Kevin Füchsel betonte, stehen die Chancen gut, ihre Ergebnisse schon bald in die Anwendung zu überführen.


Weiter Informationen zur Spitzenforschung-und-Innovation-Initiative "KD OptiMi" erhalten Sie hier. Hier finden Sie weitere Informationen zum ForMaT-Projekt "Nano-SIS".

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