 | Thema Photovoltaik (Solarstrom) vom 23.10.2006 @ 09:27:40 CEST
Effizientere Solarzellen durch Photonenfusion
Die Natur hält Energie im Überfluss bereit, es gelingt uns nur noch nicht, sie auch effektiv zu nutzen. So können Solarzellen derzeit zum Beispiel nur den kurzwelligen, energiereichen Anteil des Sonnenlichts nutzen. Die Energie des langwelligen Anteils verpufft indes ungenutzt. Forscher des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz und dem Sony Materials Science Laboratory in Stuttgart rücken nun auch dem langwelligen Licht auf den Leib.
Der grundlegende Gedanke, der ihrer Arbeit dabei zugrunde liegt, klingt zunächst einmal recht einfach: Es muss ein Verfahren gefunden werden, das die Energie der Photonen im langweiligen Bereich erhöht und damit ihre Wellenlänge verkürzt. Damit könnte auch dieser bislang verlorene Teil für die Solarzellen nutzbar gemacht werden. Es ist klar, dass ein solches Verfahren die Effizienz von Solarzellen deutlich erhöhen würde.
Ein ähnliches Verfahren funktioniert bereits mit Laserlicht hoher Energiedichte. Unter bestimmten Bedingungen vereinigt es nämlich zwei energiearme Photonen zu einem Energiereichen. Es findet also so etwas wie eine Photonenfusion im Laserlicht statt. Die Aufgabe, der sich die Wissenschaftler nun gegenübergestellt sein, bestand also darin, eine Photonenfusion für „gewöhnliches“ Licht zu erreichen.
Bei der Lösung dieser Aufgabe sind sie nun einen entscheidenden Schritt weiter gekommen. Sie fanden zwei Substanzen (Platinoctaethylporphyrin und Diphenylanthracen), deren Lösung langwelliges, grünes Licht einer ganz normalen Lichtquelle in kurzwelliges, blaues Licht umwandelt. Auch bei diesem Verfahren werden energiearme Photonen miteinander gepaart.
Den Vorgang kann man sich ungefähr so vorstellen: Die eine der beiden Substanzen dient als „Antenne" für das grüne Licht. Sie nimmt ein grünes, energiearmes Photon auf und gibt es als Energiepaket an ein Molekül der zweiten Substanz weiter. Dort reagieren dann zwei Moleküle miteinander. Das Ergebnis der Reaktion ist, dass eines der an der Reaktion beteiligten Moleküle ein sehr energiereichen Zustand erreicht. Dabei handelt es sich aber nicht um einen stabilen Zustand. Er zerfällt rasch wieder, dabei sendet er allerdings ein großes E
nergiepaket in Form eines blauen Photons aus. Daher hat die zweite Substanz von den Forschern auch den Namen „Emitter"-Substanz erhalten.
Eine große Schwierigkeit bestand für die Forscher darin, die an der Energieübertragung beteiligten Moleküle genau aufeinander abzustimmen. Denn nur, wenn das Antennen- und das Emitter-Molekül exakt miteinander harmonieren, lässt sich vermeiden, dass die Energie auf Schleichwegen doch wieder verloren geht. Das scheint ihnen nunmehr gelungen zu sein.
Da aber das langwellige Licht nicht nur aus den grünen Anteilen besteht, erproben die Wissenschaftler nunmehr neue Substanzen für weitere Farben des Lichtspektrums. In einem weiteren Schritt wollen sie dann versuchen, einen Stoff zu entwickeln, der eine möglichst breite Bandbreite von langwelligem Licht einteilen in energiereiche Photonen umwandeln kann. Schließlich gilt es auch noch ein Verfahren zu entwickeln, diese neuen Stoffe sinnvoll in die Solarzellen zu integrieren und kostengünstig zu produzieren. Dann allerdings könnte eine wirklich goldene Ära für die Solarenergie anbrechen.
Autor: Jürgen Brück
Bild: Max Planck Institut für Polymerforschung
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