Solarenergie ist die Zukunft. Oder zumindest ein Teil davon. So viel steht fest. Es gibt nur ein Problem: Beim aktuellen Stand der Photovoltaik-Technologie Sonnenenergie ist nur zeitlich begrenzt verfügbar. Wenn die Sonne nicht scheint, wird keine Energie erzeugt. Soweit logisch. Das hat jedoch zur Folge, dass eine autarke Energieversorgung mit Sonnenlicht nur möglich ist, wenn auf komplexe Speichersysteme zurückgegriffen wird. Wissenschaftler haben eine Solarzelle entwickelt, in die das Speichersystem bereits integriert ist.


Solarenergie
Foto: Solar Panels, Mountain/ \Ash, Flickr, CC BY-SA 2.0

Neuartige Polymer-Zellen orientieren sich am Pflanzenreich

Die neuartigen Photovoltaik-Zellen wurden von Wissenschaftlern der University of California entwickelt. Diese haben sich dabei von der Art und Weise inspirieren lassen, wie Pflanzen die Sonnenenergie zur späteren Verwendung speichern.

Beim aktuellen Stand der Photovoltaik speichern die Zellen die Energie allerhöchstens für wenige Millisekunden. Wer sich also dauerhaft auf diese Energieform verlassen will, muss sie speichern. Das geschieht aktuell meistens durch Batterien. Diese sind teuer und brauchen Platz.


Diesen Umstand möchte Professor Sarah Tolbert mit ihrem Team ändern. Dabei blickte sie auf die Pflanzenwelt: “In photosynthesis, plants that are exposed to sunlight use carefully organized nanoscale structures within their cells to rapidly separate charges – pulling electrons away from the positively charged molecule that is left behind, and keeping positive and negative charges separated. That separation is the key to making the process so efficient”, so Tolbert in einer Pressemitteilung.

Die Ergebnisse der Forschungsarbeit von Tolberts Team wurde in der Zeitschrift “Science” veröffentlicht. Die Wissenschaftler entwickelten ein photovoltaisches Polymer, das potentiell sehr viel günstiger ist als das normalerweise verwendete Silizium. Allerdings momentan auch noch weit weniger effizient.

Polymer-Solarzellen bestehen aus langen, dünnen Polymer-Spendern, die Elektronen freigeben, wenn sie von Licht getroffen werden, und Akzeptoren, die die Elektronen empfangen. Bei Tolberts Polymerzellen handelt es sich um Kohlenstoff-Jodid-Fulleren. Diese sind nach einem Vergleich von Tolbert selber angeordnet wie ungekochte Spaghetti, die man in der Hand hält. Unglücklicherweise erlaubt diese Anordnung, dass Elektronen von den Akzeptoren zurück auf die Spender springen, wobei die Energie verloren geht.

Dank dieser Anordnung kann die Energie in den Zellen tagelang gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Jedoch ist noch viel Arbeit nötig, um die neuartigen Polymer-Zellen so effektiv wie herkömmliche Photovoltaik-Anlagen zu machen – oder im besten Fall natürlich effektiver.

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