Dialyse für Sonnenkraftwerke - Organische Solarzellen heilen sich selbst

Regeneration nach dem Vorbild von Blättern könnte Lebensdauer von empfindlichen Solarzellen deutlich steigern

Selbstheilende Solarzelle
Selbstheilende Solarzelle

Cambridge (USA) - Viele Substanzen können Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Doch bis auf lichtstabile Halbleiter wie Silizium werden vor allem organische Stromwandler durch die Sonnenstrahlen nach und nach zerstört. Nun kopierten amerikanische Chemiker den Selbstheilungsprozess von Grünpflanzen und entwickelten eine Solarzelle, die sich etwa alle zwei Tage völlig regenerieren konnte. Wie sie in der Fachzeitschrift "Nature Chemistry" berichten, erreichten die lichtaktiven Zentren nach dieser Selbstheilung wieder ihren ursprünglich hohen Wirkungsgrad.

"Im Grunde imitieren wir die Tricks, die die Natur über Jahrmillionen entwickelt hat", sagt Michael S. Strano vom Massachusetts Institute of Technology. Zusammen mit seinen Kollegen wählte er einen besonders empfindlichen Proteinkomplex des Bakteriums Rhodobacter sphaeroides aus, das Sonnenlicht mit einer Effizienz von bis zu 40 Prozent in elektrischen Strom wandeln kann. Aber schon nach einigen Stunden schrumpft dieser Wirkungsgrad durch die zerstörerische Wirkung des Sonnenlichts deutlich.

Daher formte das Team um Strano aus Phospholipiden eine winzige Nanoscheibe, in die sie den lichtaktiven Proteinkomplex einlagerten. Diese Nanoscheiben hefteten sich selbstständig an Nanoröhrchen aus Kohlenstoff an und richteten sich so ideal zum Auffangen des einfallenden Sonnenlichts aus. Sinkt nun die Stromausbeute signifikant ab, konnten die Forscher diesen organischen Stromwandler zuerst zerstören. Wurde das Tensid jedoch über eine Art Dialysesystem wieder entfernt, ordneten sich die lichtaktiven Moleküle von Neuem zusammen und erreichten die ursprüngliche Effizienz. Dieser Recyclingprozess dauerte etwa acht Stunden und könnte elegant in den dunklen Nachtstunden erfolgen.

Wegen der geringen Dichte der lichtaktiven Nanoscheiben war die Gesamtausbeute an elektrischem Storm sehr gering. Aber Strano will nun deren Konzentration deutlich erhöhen, um einen höheren Gesamtwirkungsgrad zu erzielen. Dieses Konzept einer selbstheilenden Solarzelle wäre für zahlreiche organische Substanzen interessant, um die Lebensdauer solcher Stromwandler auf Jahre zu erhöhen. In weiteren Versuchen könnte dieses Prinzip an die jeweiligen, lichtaktiven Substanzen angepasst werden. "Rein theoretisch könnte die Effizienz dieser Strukturen auf fast 100 Prozent gesteigert werden", sagt Strano.