{"id":100439,"date":"2024-07-06T02:32:00","date_gmt":"2024-07-06T00:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=100439"},"modified":"2024-07-06T09:53:16","modified_gmt":"2024-07-06T07:53:16","slug":"solartechnologie-neuartiges-effizientes-lichtsammelsystem","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/solartechnologie-neuartiges-effizientes-lichtsammelsystem\/","title":{"rendered":"Solartechnologie: Neuartiges effizientes Lichtsammelsystem"},"content":{"rendered":"\n

Gefaltetes Lichtsammelsystem erh\u00f6ht Leistung organischer Solarzellen. Effizientere Photovoltaik dank Farbstoff-Kombination?<\/p>\n\n\n\n

Auf dem Weg zur effizienteren Nutzung von Sonnenenergie melden W\u00fcrzburger Forschende des bayerischen Verbunds Solar Technologies Go Hybrid einen Fortschritt: Sie haben ein innovatives Lichtsammelsystem entwickelt.<\/p>\n\n\n\n

Um Sonnenlicht m\u00f6glichst gut in elektrischen Strom oder andere Energieformen umwandeln zu k\u00f6nnen, braucht es als allerersten Schritt ein effizientes Lichtsammelsystem. Dieses sollte im Idealfall panchromatisch sein, also das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts absorbieren.<\/p>\n\n\n\n

Ein Vorbild hierf\u00fcr sind die Lichtsammelantennen der Pflanzen und Bakterien. Diese fangen f\u00fcr die Photosynthese ein breites Lichtspektrum ein, sind allerdings im Aufbau sehr komplex und brauchen viele unterschiedliche Farbstoffe, um die Energie des absorbierten Lichts weiterzuleiten und auf einen zentralen Punkt zu b\u00fcndeln.<\/p>\n\n\n\n

Auch die vom Menschen bislang entwickelten Lichtsammelsysteme haben Nachteile:<\/p>\n\n\n\n

Anorganische Halbleiter wie Silizium sind zwar panchromatisch, absorbieren das Licht aber nur schwach. Um genug Lichtenergie aufzunehmen, sind darum sehr dicke, bis in den Mikrometerbereich reichende Siliziumschichten erforderlich \u2013 Solarzellen werden dadurch relativ sperrig und schwer.<\/p>\n\n\n\n

Organische Farbstoffe, die sich f\u00fcr Solarzellen eignen, kommen deutlich schlanker daher: Ihre Schichtdicke betr\u00e4gt nur um die 100 Nanometer. Aber sie schaffen es kaum, einen breiten Spektralbereich zu absorbieren, und sind darum nicht sonderlich effizient.<\/p>\n\n\n\n

D\u00fcnne Schicht nimmt sehr viel Lichtenergie auf<\/h4>\n\n\n\n

Forschende der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t (JMU) W\u00fcrzburg stellen im Fachjournal Chem<\/em> jetzt ein innovatives Lichtsammelsystem vor, das sich von den bisherigen deutlich unterscheidet.<\/p>\n\n\n\n

\u201eUnser System weist eine Bandstruktur \u00e4hnlich wie in anorganischen Halbleitern auf. Damit absorbiert es panchromatisch \u00fcber den gesamten sichtbaren Bereich. Und es nutzt die hohen Absorptionskoeffizienten organischer Farbstoffe. Damit kann es, \u00e4hnlich wie die nat\u00fcrlichen Lichtsammelsysteme, in einer verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig d\u00fcnnen Schicht sehr viel Lichtenergie aufnehmen\u201c, sagt JMU-Chemieprofessor Frank W\u00fcrthner. Sein Team vom Institut f\u00fcr Organische Chemie \/ Zentrum f\u00fcr Nanosystemchemie hat das Lichtsammelsystem an der JMU konzipiert und gemeinsam mit der Gruppe von Professor Tobias Brixner vom Institut f\u00fcr Physikalische und Theoretische Chemie erforscht.<\/p>\n\n\n\n

Vier Farbstoffe in ausgekl\u00fcgelter Anordnung<\/h4>\n\n\n\n

Die innovative Lichtsammelantenne aus W\u00fcrzburg besteht, vereinfacht gesagt, aus vier unterschiedlichen Merocyanin-Farbstoffen, die gefaltet und eng aufeinandergestapelt sind. Die ausgekl\u00fcgelte Anordnung der Molek\u00fcle erm\u00f6glicht innerhalb der Lichtantenne einen ultraschnellen und effizienten Energietransport.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschenden haben dem Prototypen des neuen Lichtsammelsystems den Namen URPB gegeben. Die Buchstaben stehen f\u00fcr die Lichtwellenl\u00e4ngen, die von den vier Farbstoffkomponenten der Antenne absorbiert werden: U f\u00fcr ultraviolett, R f\u00fcr red (rot), P f\u00fcr purple (violett), B f\u00fcr blue (blau).<\/p>\n\n\n\n

Leistungsf\u00e4higkeit \u00fcber Fluoreszenz nachgewiesen<\/h4>\n\n\n\n

Dass ihr neuartiges Lichtsammelsystem so gut funktioniert, haben die Forschenden \u00fcber die sogenannte Fluoreszenzquantenausbeute nachgewiesen. Dabei wird gemessen, wie viel Energie das System in Form von Fluoreszenz abgibt. Das erm\u00f6glicht R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Menge an Lichtenergie, die es zuvor eingesammelt hat.<\/p>\n\n\n\n

Resultat: Das System verwandelt 38 Prozent der \u00fcber einen breiten Spektralbereich eingestrahlten Lichtenergie in Fluoreszenz \u2013 die vier Farbstoffe f\u00fcr sich alleine schaffen dagegen weniger als ein Prozent bis maximal drei Prozent. Die richtige Kombination und geschickte r\u00e4umliche Anordnung von Farbstoffmolek\u00fclen im Stapel machen also einen gro\u00dfen Unterschied aus.<\/p>\n\n\n\n