23.10.2006 · Solarzellen gelten als eine Möglichkeit der umweltfreundlichen und nachhaltigen Energiegewinnung. Mit der Photonenfusion können jetzt bislang ungenutzte Anteile des Sonnenlichts für Solarzellen nutzbar gemacht werden.
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Solarzellen: Die Energie des Sonnenlichts optimal nutzen
Solarzellen gelten als eine Möglichkeit der umweltfreundlichen und nachhaltigen Energiegewinnung. Leider läßt ihr Wirkungsgrad jedoch trotz vielfältiger Entwicklungsarbeit immer noch zu wünschen übrig. Die Effizienz von Photovoltaik-Anlagen ist unter anderem dadurch beschränkt, daß sie nur den kürzerwelligen und somit energiereicheren Teil des Sonnenlichts verwerten können.
Die längerwelligen Anteile sind quasi verloren. Eine Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz und des Sony Materials Science Laboratory in Stuttgart hat nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, das langwellige Strahlung in kurzwellige umwandelt. Dieses Verfahren könnte Solarzellen zu einem höheren Wirkungsgrad verhelfen.
Moleküle als Antennen
Die Forscher um Stanislav Balouchev beschreiben in der Online-Ausgabe der „Physical Review Letters“, wie sie grünes Licht in blaues verwandeln. Sie verwenden dazu zwei lichtaktive Substanzen. Die eine Verbindung ist ein sogenanntes Platin-Porphyrin, dessen Moleküle als Antennen fungieren. Sie nehmen Photonen auf. Die zweite Substanz ist ein sogenanntes Anthracen und wirkt als Emitter, setzt also Photonen frei.
Löst man beide Molekülsorten auf und bestrahlt die Lösung mit grünem Licht, passiert folgendes: Ein Antennenmolekül nimmt ein Photon des grünen Lichts auf und gibt es an ein Emitter-Molekül weiter. Anschließend „paaren“ sich zwei energiebeladene Emitter-Moleküle miteinander, wobei das eine Molekül seine Energie auf das andere überträgt. Dieses hochangeregte Molekül sendet anschließend ein energiereiches blaues Photon aus und geht selbst wieder in den Grundzustand über.
Nur bei Laserlicht
Der als Photonenfusion beschriebene Vorgang ist bislang nur bei kohärentem Licht, also bei Laserlicht, beobachtet worden. Dort verläuft er allerdings nach einem anderen Mechanismus, bei dem ein Molekül, wenn es mit Photonen aus einem Laser quasi bombardiert wird, gleich zwei Photonen aufnimmt und diese zu einem energiereichen vereinigt.
Durch die nun gelungene Photonenfusion werden bislang ungenutzte Anteile des Sonnenlichts für Solarzellen nutzbar. Die Wissenschaftler wollen jetzt auch andere lichtaktive Substanzen synthetisieren und erproben, um weitere Farben des Lichtspektrums für die Photovoltaik zu erschließen. Außerdem versuchen sie, die Antennen- und Emitter-Moleküle in eine Polymermatrix zu integrieren, da flüssige Bestandteile für den Bau von Solarzellen wenig praktikabel sind.
