Bisher sind es nur Zukunftsvisionen: Elektroautos, die ihre Batterien selbst im Schatten mit solaren Ampères laden können. Das Team um Prof. Peter Jomo Walla von der Technischen Universität Braunschweig forscht an geeigneten und bezahlbaren Photovoltaiksystemen für die Anwendungen der Zukunft.
Photosynthese in Farbstofffolien
Wallas Team hat eine mit Farbstoffen gespickte, kostengünstige Kunststofffolie entwickelt, die künftig großflächig Licht einfangen und auf kleine Hochleistungssolarzellen lenken könnte – und das deutlich effizienter als bisherige Systeme. Das Potenzial der Siliziumphotovoltaik ist mit einem Wirkungsgrad von etwa 25 Prozent praktisch ausgereizt. Die von Wallas Team anvisierten Hochleistungssolarzellen dagegen, die etwa Gallium- oder Indiumverbindungen enthalten, können schon heute Wirkungsgrade bis zu 45 Prozent erzielen.
Da sie aber sehr teuer sind, werden in der Regel möglichst kleine Flächen dieser Materialien mit möglichst billigen Lichtsammelsystemen kombiniert. Üblicherweise kommen dafür optische Linsen zum Einsatz, die das Sonnenlicht auf die Solarzellen konzentrieren. Bisher funktionieren diese aber nur bei direkter Sonneneinstrahlung. Um Abhilfe zu schaffen, arbeiten Forscher wie Walla mit fluoreszierenden Farbstoffmolekülen, die Licht schlucken und wieder abgeben können. Das Licht, das die Teilchen nach der Absorption wieder aussenden, findet allerdings nicht immer den Weg zur Solarzelle.
Prof. Peter Jomo Walla entwickelt Farbstofffolien für Hochleistungssolarzellen. (© TU Braunschweig/Kathrin Burghardt)
Dieses Problem können die Chemiker aus Braunschweig nun durch einen besonderen Kniff beheben: Sie strecken ihre farbstoffhaltigen Folien auf etwa das Vierfache. Dabei richten sich bestimmte Farbstoffmoleküle parallel zueinander aus und zwar so, dass sie den größten Teil des von den ungeordneten Teilchen gesammelten Lichts aufnehmen und auf die Solarzelle umlenken können. „Die Verluste bisheriger Systeme können um etwa den Faktor drei verringert werden“, so Walla. Das Ganze funktioniere ähnlich wie bei der Photosynthese in Pflanzen.
"Sonnenenergie wird noch zu wenig genutzt"
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse haben die Forscher noch eine Menge Arbeit vor sich. Die Moleküle aus der veröffentlichten Studie zersetzen sich unter Licht noch recht schnell. „Wir testen deshalb zurzeit stabile Farbstoffe, die zum Beispiel in Monitoren zum Einsatz kommen“, so der Chemiker. Dazu arbeite sein Team mit dem Kavli Energy Nanoscience Institute der University of Berkeley, USA, zusammen, wo er sich auch gerade für ein Forschungssemester aufhält. Walla ist überzeugt, dass sich die Forschung lohnt: „Die Sonne strahlt an nur einem halben Tag so viel Energie zur Erde, wie die Menschheit im ganzen Jahr verbraucht. Zurzeit nutzen wir noch viel zu wenig davon.“
