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01.07.2015 NATURSTROM AG: Kunststoff-Struktur k├Ânnte Solarzellen revolutionieren

Wissenschaftler der Universit├Ąt von Kalifornien glauben, dass ihre Erfindung die Herstellung von Solarzellen ver├Ąndern k├Ânnte. Sie haben eine hocheffiziente Struktur aus Kunststoff entwickelt, mit der sich Strom ├╝ber lange Zeit speichern l├Ąsst.

27.06.2015 - Die Mehrzahl der Aufdach-Photovoltaikanlagen besteht aus Materialien, die Sonnenenergie nur wenige Mikrosekunden speichern k├Ânnen. Ganz anders verh├Ąlt es sich bei einer neuen Technologie, die Wissenschaftler der Universit├Ąt von Kalifornien in Los Angeles erfunden haben: Mit den von ihnen entwickelten Kunststoffstrukturen l├Ąsst sich Energie bis zu mehrere Wochen lang speichern. Die Forscher glauben, dass ihre Erfindung die Herstellung von Solarzellen k├╝nftig revolutionieren k├Ânnte.

Bislang bestehen Solarzellen, die in Modulen f├╝r D├Ącher verbaut sind, ├╝blicherweise aus Silizium - einem relativ teuren Rohstoff. Deswegen gibt es Bestrebungen, g├╝nstigere Solarzellen aus Kunststoff herzustellen. Bislang sind die Plastikzellen allerdings noch nicht effizient genug, haupts├Ąchlich weil die getrennten positiven und negativen elektrischen Ladungen sich h├Ąufig wieder vermischen, bevor sie zu Strom werden k├Ânnen.

"Moderne Solarzellen aus Kunststoff haben, anders als Pflanzen, keine optimale Struktur, weil wir bisher nicht wussten, wie diese aussehen muss. Doch durch unsere Erfindung lassen sich die Ladungen sauber trennen, und zwar f├╝r Tage, sogar Wochen. Ist die passende Struktur einmal gefunden, kann man die Speicherung von Energie leicht optimieren", erkl├Ąrt Sarah Tolbert, Chemieprofessorin und Mitverfasserin der neuen Studie.

Inspiriert wurden die Forscher von den Pflanzen, denn diese betreiben eine hocheffiziente Energieumwandlung. "F├╝r die Photosynthese nutzen sie genau angeordnete Nanostrukturen in ihren Zellen, mit deren Hilfe sie Ladungen sehr schnell und sicher trennen k├Ânnen. Genau diese Trennung ist der Schl├╝ssel zu einer hocheffizienten Energieumwandlung", erkl├Ąrt Tolbert.

Die beiden Komponenten, die daf├╝r sorgen, dass die neue Technologie des Chemiker-Teams funktioniert, sind ein Polymer-Donor und ein Fulleren-Akzeptor. Der Polymer-Donor absorbiert Sonnenlicht und gibt Elektronen an den Fulleren-Akzeptor ab. Daraus entsteht Strom. Der normal verwendete Kunststoff, auch organische Photovoltaik genannt, ist wie ein Teller gekochte Pasta strukturiert - eine unorganisierte Masse langer, d├╝nner "Polymer-Spaghetti" mit wahllos verteilten "Fulleren-Fleischb├Ąllchen". Diese "ungeordnete" Struktur macht es allerdings auch schwierig, die Zellen z├╝gig zu verlassen. Elektronen h├╝pfen manchmal zur├╝ck zu den "Polymer-Spaghetti" und gehen so verloren.

Mithilfe der neuen Technologie des Teams um Tolbert lassen sich die Strukturen ordentlicher anordnen - wie saubere B├╝ndel ungekochter Spaghetti mit pr├Ązise an bestimmten Stellen abgelegten Fleischb├Ąllchen. Einige der "Fulleren-Fleischb├Ąllchen" sind so designt, dass sie in den Spaghetti-B├╝ndeln sitzen, andere werden gezielt au├čerhalb platziert. Die Fulleren-Akzeptoren innerhalb der Struktur nehmen die Elektronen auf und geben sie gezielt an die au├čen sitzenden Fulleren-Akzeptoren weiter. So k├Ânnen Elektronen effektiv ├╝ber Wochen von den Polymer-Donatoren ferngehalten werden.

Die neue Struktur ist zudem umweltfreundlicher als bisherige organische Photovoltaik, denn ihre Bestandteile k├Ânnen in Wasser zusammengef├╝gt werden. Bisherige Technologien nutzten giftige organische L├Âsungen. Wenn man die Materialien hergestellt hat, kann man sie in Wasser tauchen und schon setzen sie sich zur gew├╝nschten Struktur zusammen - ohne zus├Ątzliche Arbeit von au├čen.

Was das Forscherteam bislang bewiesen hat, ist, dass sich effiziente Strukturen f├╝r organische Photovoltaik sehr kosteng├╝nstig herstellen lassen. Nun arbeiten die Forscher daran, wie sie ihre neue Technologie in Solarzellen einbinden k├Ânnen. Denn noch ist unklar, wie die Strukturen in der Praxis real eingesetzt werden k├Ânnen.

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