Nicht selten liefert die Natur eines der effizientesten Vorbilder dafür, wie Prozesse ablaufen können. Die Photosynthese ist dabei ein besonderes Beispiel. Pflanzen fangen im ersten Schritt das Licht ein, um es in einem zweiten Prozess so effizient wie möglich in die gewünschten Kohlenhydrate umzuwandeln. Forschern gelang es nun, diesen ersten Prozess mit der Technologie von Solarzellen zu kombinieren. Der so geschaffene Hybrid ist imstande, 38 Prozent des Sonnenlichts zu absorbieren, was einem Wirkungsgrad von 38 Prozent entspricht. Damit bewegt sich dieser Hybrid bereits jetzt im Bereich der besten je in Laborumgebung geschaffener Solarmodule.
Neue Solarzellen mit unfassbarem Wirkungsgrad
Pflanzen benötigen für die Absorption von Licht keine dicken hintereinander gelegenen Schichten, wie wir sie für Solarmodule nutzen. Vielmehr ist ein Blatt selbst ungeheuer dünn, kann aber trotzdem viel des Sonnenlichts einfangen. Völlig gleich, ob man eine Alge, ein Blatt oder Cyanobakterien betrachtet, ihnen allen ist gemeinsam, dass sie trotz ihrer Dünne viel Sonnenlicht aufnehmen können. Wissenschaftler der Universität Würzburg fragten sich somit, wie sie das Prinzip auf Solarzellen übertragen konnten, um beide Methoden miteinander zu verschmelzen. Im ersten Schritt identifizierten sie dafür vier unterschiedliche Farbstoffe, die besonders gut imstande sind, Licht zu absorbieren. Sie werden in Bändern angeordnet, ähnlich wie bei den Siliziumschichten von Solarmodulen.
Dabei setzen die Forscher auf eine besondere Faltung für jede der Molekülketten, die man übereinander gelegt hat. Einzelne der Farbstoffe können für sich nur Wirkungsgrade von 0,1 bis 3 Prozent erreichen. Übereinander gestapelt jedoch, gelingt es ihnen 38 Prozent des Sonnenlichts aufzunehmen. Und das, obwohl die gesamte Schicht lediglich 100 Nanometer breit ist. Das ist ungefähr tausendmal dünner als ein einzelnes, menschliches Haar. Möglich wird dieser kombinierte Ansatz, da jeder der Farbstoffe Licht auf unterschiedlichen Frequenzen einfängt. Die Effizienz eines Blattes mag das System bislang nicht erlangen. Dass mit den ersten Prototypen jedoch schon 38 Prozent eingefangen werden können, ist ein beachtliches Ergebnis.
Zweiter Schritt soll eingefangenes Licht verwenden
Wie bei der Photosynthese stellt das Einfangen des Lichts jedoch nur den ersten Schritt des Umwandlungsprozesses dar. Damit die pflanzliche Solarzelle den gewünschten Effekt erzielt, müssen die Forscher nun an einem möglichst effizienten Prozess für die Umwandlung dieses Lichts arbeiten. Gelingt es ihnen einen Weg zu finden, der möglichst viel dieser Energie in Strom bereitstellt, könnte die ultradünne Schicht schon bald zu einer völlig neuen Solartechnologie heranreifen. Wie bei vielen technologischen Durchbrüchen in Laborumgebungen werden wir uns jedoch sicherlich Jahre gedulden müssen, bis das Prinzip für eine Massenfertigung adaptiert werden kann. Das Forschungsprojekt ist dabei keineswegs das einzig, das sich an den Prozessketten von Pflanzen orientiert. So gab es in London bereits ein ähnliches Projekt, das von der Natur inspirierte Solarblätter hervorbrachte, die neben Strom auch Trinkwasser gewinnen können.
Durchaus interessant.
Vielleicht gibts am Ende doch noch brauchbare Ergebnisse.
Nur kenne ich aus der Natur keine Pflanze, die elektrischen Strom produziert.
Die Pflanzen absorbieren Sonnenenergie und mithilfe von Wasser und CO₂ aus der Luft, werden Sauerstoff und feste Materie produziert.
Aber ich kenne wohl einige Tierarten, die Strom „produzieren“. Und dabei brauchen die Tierarten gar keine Sonne. Vielleicht sollte man dort nach Lösungen suchen, wie man sauberen Strom produziert.