Leistungssprung bei grünen Solarzellen realisiert
In neuem Zwei-Kammer-System liefern Algen signifikant mehr Energie
Die Solarzelle der Zukunft ist grün, denn Forscher der University of Cambridge sind bei der umweltgerechten Stromerzeugung einen großen Schritt vorangekommen. Sie haben eine biologische Solarzelle mit zwei Kammern entwickelt, die erheblich effektiver arbeitet als bisherige Stromerzeuger dieser Art. In der ersten Kammer erzeugen eingefangene Sonnenstrahlen Elektronen, in der zweiten werden sie zu nutzbarem elektrischen Strom geformt.
Geringere elektrische Verluste
„Die Erzeugung von Elektronen und deren Nutzung als Strom haben oft widersprüchliche Bedürfnisse“, sagt Chemikerin Kadi Liis Saar. Erstere müssen der Sonne ausgesetzt sein. Die Stromerzeugung dagegen benötige kein Licht. Hier komme es darauf an, Verluste an Elektronen zu vermeiden. Die Entscheidung für ein Zwei-Kammer-System erlaubt es, beide zu optimieren und damit die Ausbeute zu erhöhen. „Unsere Zellen haben einen niedrigeren inneren Widerstand und geringere Verluste“, so Forschungsleiter Tuomas Knowles.
Die Elektronen entstehen bei der Photosynthese – der Umwandlung von Sonnenlicht in Energie. Die entstehenden Elektronen werden von den Pflanzen, in diesem Fall sind es Algen, im Normalfall selbst verbraucht. Die Kunst ist es, sie abzuzapfen und so als Strom nutzbar zu machen. Die britischen Forscher setzen genmanipulierte Algen ein, die nur einen Teil der erzeugten Elektronen selbst benötigen. Das neue Design und die Veränderung der Algen haben zu einer Biosolarzelle geführt, die auf eine Leistung von 0,5 Watt pro Quadratmeter kommt. Das ist fünfmal mehr als bei vergleichbaren Systemen.
Lösung für Entwicklungsländer
Verglichen mit Silizium-Solarzellen ist der erzielbare Output allerdings verschwindend wenig. Biozellen hätten jedoch auch Vorteile, meinen die Forscher. „Weil Algen von Natur aus wachsen und sich vermehren, sind Stromerzeuger, die darauf basieren, billiger und benötigen weniger Energie bei der Produktion“, sagt Christopher Howe, Professor für Biochemie und Mitglied des Forscherteams. Das Team ist der Meinung, dass Biosolarzellen nicht genutzt werden können, um Strom in ein modernes Netz einzuspeisen. Sie seien eher zur Versorgung von ländlichen Regionen in Entwicklungsländern geeignet, die an kein Netz angeschlossen sind.
- Reference Saar, KL et al. Enhancing power density of biophotovoltaics by decoupling storage and power delivery. Nature Energy; 9 Jan 2018; DOI: 10.1038/s41560-017-0073-0
